(Ne)baisios juodosios skylės. I – kosminis dulkių siurblys?

Juodosios skylės dažnai žmonių suvokiamos kaip kažkoks kosminis baubas, naikinantis viską aplink. Keletą kartų esu aiškinęs, kad toks požiūris klaidingas. Iš tikro juodųjų skylių poveikis aplinkai yra toli gražu ne toks baisus, bet gerokai įvairesnis, nei paprastai įsivaizduojama. Tik tie aiškinimai buvo išmėtyti po truputį įvairiuose rašiniuose (pvz. šitame ar šitame), taigi galėjo ir pasimesti. Dabar nusprendžiau trumpai ir aiškiai išdėstyti keletą dalykų, kurie padės geriau suprasti, kaip juodosios skylės sąveikauja su savo aplinka.

Pradėsiu pasakojimą nuo turbūt dažniausiai sutinkamo baubo. Juodosios skylės yra begalinės traukos šaltiniai, kurie viską į save traukia ir praryja negrįžtamai. Šitaip galvojama pakankamai dažnai, kad tai taptų net ir filmų (ar bent jau serialų serijų) siužeto vinimis. Ir tikrai, sužinojus, kad iš juodosios skylės ištrūkti neįmanoma, tereikia nedidelio minties šuolio iki „dulkių siurblio“ analogijos.

Nom nom nom.

Problema su tokiu mąstymu yra dvejopa. Pirma, teiginys „pabėgti iš juodosios skylės neįmanoma“ yra neaiškus. Ką reiškia „iš juodosios skylės“? Labai griežtai žiūrint, juodoji skylė jokio vidaus neturi, ji yra singuliarus (nulinių matmenų) taškas. Šį tašką gaubia įvykių horizontas; pastarasis jau turi spindulį, taigi egzistuoja ir jo vidus. Kalbant apie jį jau galima sakyti, kad iš juodosios skylės (t.y. iš už įvykių horizonto ribų) ištrūkti neįmanoma. Šioje vietoje galėčiau pradėti kalbėti apie Hokingo spinduliuotę ir Penrouzo procesą – du reiškinius, kurie bent jau teoriškai leistų informacijai (taigi ir dalelėms) ištrūkti iš už įvykių horizonto. Bet nekalbėsiu, nes kol kas šie reiškiniai nagrinėjami tik iš teorinės pusės, o ištrūkti leidžia tik elementariosioms dalelėms ar panašiems nykstamai mažiems objektams.

Bet dažnai teiginys, jog juodosios skylės (ar erdvės dalies už jos įvykių horizonto) pabėgti neįmanoma, suprantamas kaip teiginys, kad pabėgti neįmanoma nuo juodosios skylės traukos. Tai yra netiesa. Jei esi kažkur toliau nuo singuliaraus taško, nei įvykių horizontas, pabėgti galimybė yra. Aišku, tam gali reikėti labai daug energijos, bet tai nėra fundamentali neperžengiama riba. Sakydamas „galimybė yra“, turiu omeny iš reliatyvumo teorijos ateinantį supratimą, kas vyksta prie įvykių horizonto. Kiekvienai dalelei kiekvienu laiko momentu įmanoma nubrėžti vadinamąjį „šviesos kūgį“ (angl. light cone) – atriboti erdvėlaikio sritį, kurią gali pasiekti tuo konkrečiu momentu dalelės skleidžiami signalai (ši dalis dar vadinama ateities šviesos kūgiu) arba iš kurios sklindantys signalai gali pasiekti dalelę tuo momentu (praeities šviesos kūgį), nuo srities, kurios tokie signalai nepasiekia. Jei aplink nėra jokių masę turinčių objektų, šviesos kūgis yra tikrai kūgio formos, o nagrinėjama dalelė yra kūgio viršūnėje. Tačiau netoli esantis masyvus objektas ateitin einantį kūgį palenkia į save. Kuo trauka didesnė, tuo didesnis ir polinkis. O jei dalelė yra ties įvykių horizontu viena kūgio sudaromoji (šoninė kraštinė) eina tiksliai į ateitį tuo pačiu įvykių horizontu; tuo tarpu kita yra nukrypusi arčiau singuliarumo. Kirtus įvykių horizontą, ateities šviesos kūgis visas yra nukreiptas artyn prie singuliarumo. Būtent tai ir reiškia, kad pabėgti iš už įvykių horizonto neįmanoma: bet koks siunčiamas signalas, kaip ir pati dalelė, laikui bėgant artėja prie singuliarumo, o ne tolsta nuo jo. Įvykių horizonto išorėje šviesos kūgis nėra nukreiptas visiškai artyn singuliarumo, taigi galimybė pabėgti egzistuoja.

Šviesos kūgio schema. Viršuje - ateitis, apačioje - praeitis. ©Wikipedia
Šviesos kūgiai, artėjant prie įvykių horizonto (punktyrinė linija). Kuo arčiau horizonto, tuo labiau kūgis palinkęs. Kirtus horizontą, kelio atgal nebėra. ©Peter Bokulich

Bet užteks reliatyvistinių teorijų, pažiūrėkime į kitą klaidingą supratimą. Įsivaizduojama, kad juodosios skylės yra tarsi dulkių siurbliai, kurios viską į save traukia. Taip, jos tikrai viską traukia prie savęs. Bet lygiai taip pat viską prie savęs traukia ir Saulė, ir Žemė ir bet kuris kitas masę turintis objektas. Ta paslaptinga trauka vadinasi gravitacija, o jos stiprumas priklauso tik nuo objekto masės ir atstumo iki to objekto. Visiškai nesvarbu, ar objektas yra žvaigždė, ar planeta, ar juodoji skylė, ar sūrio rutulys – jų kuriamas gravitacinis laukas yra vienodas, tiesiog proporcingas masei. Gravitacija taip pat priklauso nuo objekto formos, taigi kėdė daiktus traukia kiek kitaip, nei tokios pat masės krepšinio kamuolys, bet daugelis didelių objektų yra daugmaž apvalūs, taigi jų formas galime laikyti vienodomis. Pakartosiu – juodosios skylės trauka niekuo nesiskiria nuo Saulės traukos. Jei Saulę pakeistume tokios pat masės juodąja skyle, Žemė ir kitos planetos toliau suktųsi tomis pačiomis orbitomis.

Tad ir pabėgti nuo juodosios skylės traukos ne tik įmanoma, bet netgi gali būti visai nesudėtinga. Žvaigždės, besisukančios aplink juodąją skylę mūsų Galaktikos centre, juda šimtų kilometrų per sekundę greičiais. Kartais kokia dvinarė žvaigždė priartėja pakankamai arti juodosios skylės, kad būtų suardoma, o viena narė išsviedžiama tolyn pakankamu greičiu, kad paspruktų ne tik nuo juodosios skylės traukos, bet netgi paliktų galaktiką. Tuo tarpu mūsų Saulę galaktikos centro juodoji skylė traukia taip silpnai, kad nuo šios traukos pabėgti užtenka vos 65 metrų per sekundę greičio. Žemė ir Saulė mus traukia dešimtis ar net šimtus kartų stipriau. Pačią Saulę orbitoje aplink Galaktikos centrą laiko ne centrinė juodoji skylė, o Galaktikos žvaigždės, dujos ir tamsioji medžiaga.

Šį, pirmąjį, paaiškinimą taip ir baigsiu. Kituose rašiniuose papasakosiu apie juodąsias skyles, kaip sprogstančias bombas, ir apie susidūrimo su jomis pavojų.

Laiqualasse

4 komentarai

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *