När ett objekt väl kommer in i ett svart hål kan det inte längre lämna det. Oavsett hur mycket energi du har kan du aldrig röra dig snabbare än ljusets hastighet och korsa händelsehorisonten inifrån. Men tänk om du försöker lura den här lilla regeln och doppa ett litet föremål i händelsehorisonten och knyta det till en mer massiv som kan lämna horisonten? Är det möjligt att på något sätt få ut något från ett svart hål? Fysikens lagar är strikta, men de måste svara på frågan, är det möjligt eller inte. Ethan Siegel från Medium.com föreslår att vi får reda på det.
Ett svart hål är inte bara en supertät och supermassiv singularitet där rymden är krökt så starkt att allt som kommer in inte längre kan komma ut. Även om det vanligtvis är det vi tänker på som ett svart hål - för att vara exakt - en region i rymden runt dessa föremål som ingen form av materia eller energi - och inte ens ljuset själv - kan fly. Det här är inte så exotiskt som man kan tro. Om du tar solen som den är och klämmer in den i flera kilometers radie får du nästan ett svart hål. Och även om vår sol inte hotas av en sådan övergång finns det stjärnor i universum som lämnar dessa mystiska föremål.
De mest massiva stjärnorna i universum - stjärnor på tjugo, fyrtio, hundra eller till och med 260 solmassor - är de blåaste, hetaste och ljusaste föremålen. De bränner också ut kärnbränsle i djupet snabbare än andra stjärnor: på en eller två miljoner år istället för många miljarder, som solen. När dessa inre kärnor tar slut kärnbränsle blir de gisslan för de mest kraftfulla gravitationskrafterna: så kraftfulla att de, i avsaknad av det otroliga trycket av kärnfusion som de är emot, helt enkelt kollapsar. I bästa fall får kärnor och elektroner så mycket energi att de smälter samman till en massa nervceller kopplade ihop. Om denna kärna är mer massiv än några solar kommer dessa neutroner att vara täta och tillräckligt massiva för att kollapsa i ett svart hål.
Så kom ihåg att minimimassan för ett svart hål är flera solmassor. Svarta hål kan växa från mycket större massor, smälta samman, sluka materia och energi och sippra in i galaxcentren. I centrum av Vintergatan hittades ett objekt som är fyra miljoner gånger solens massa. Enskilda stjärnor kan identifieras i dess omlopp, men inget ljus av någon våglängd avges.
Andra galaxer har ännu mer massiva svarta hål, vars massor är tusentals gånger större än våra egna, och det finns ingen teoretisk övre gräns för deras höjd. Men det finns två intressanta egenskaper hos svarta hål som kan leda oss till svaret på frågan i början: är det möjligt att dra något "i koppel"? Den första egenskapen avser vad som händer med rymden när det svarta hålet växer. Principen för ett svart hål är sådan att inget föremål kan fly från dess gravitationella attraktion i rymdområdet, oavsett hur accelererat, även rör sig med ljusets hastighet. Gränsen mellan där ett objekt kan lämna det svarta hålet och där det inte kan kallas händelsehorisonten. Varje svart hål har det.
Överraskande nog är rymdens krökning mycket mindre i händelsehorisonten nära de mest massiva svarta hålen och ökar i mindre massiva. Tänk på det här: om du "stod" i händelsehorisonten med din högra fot på kanten och huvudet 1,6 meter från singulariteten, skulle kraft sträcka ut din kropp - en process som kallas "spaghettification". Om detta svarta hål var detsamma som i mitten av vår galax, skulle dragkraften bara vara 0,1% av gravitationskraften på jorden, medan om jorden själv förvandlades till ett svart hål och du stod på den skulle dragkraften vara 1020 gånger jordens allvar.
Kampanjvideo:
Om dessa dragkrafter är små vid kanten av händelsehorisonten, kommer de inte att vara mycket större inom händelsehorisonten, vilket innebär - med tanke på de elektromagnetiska krafterna som håller fasta föremål ihop - kanske vi skulle kunna göra vår sak: kasta objektet i händelsehorisonten och nästan omedelbart ta ut. Kan du göra det här? För att förstå, låt oss titta på vad som händer vid gränsen mellan en neutronstjärna och ett svart hål.
Tänk dig att du har en extremt tät boll av neutroner, men en foton på dess yta kan fortfarande fly ut i rymden och inte nödvändigtvis återvända till en neutronstjärna. Låt oss nu placera en ny neuron på ytan. Plötsligt kan kärnan inte längre motstå gravitationskollaps. Men istället för att tänka på vad som händer på ytan, låt oss tänka på vad som händer inuti, där det svarta hålet bildas. Föreställ dig en enda neutron som består av kvarkar och gluoner och föreställ dig hur gluoner behöver flytta från en kvark till en annan i neutronen för att krafterna ska kunna äga rum.
Nu är en av dessa kvarkar närmare singulariteten i mitten av det svarta hålet, och den andra är längre bort. För att utbytet av krafter ska äga rum - och för att neutronen ska vara stabil - måste gluonen vid ett visst ögonblick passera från den närmaste kvarken till den avlägsna. Men detta är omöjligt även med ljusets hastighet (och gluoner har ingen massa). All nollgeodesik, eller banan för ett objekt som rör sig med ljusets hastighet, kommer att resultera i en singularitet i mitten av det svarta hålet. Dessutom kommer de aldrig att gå längre från det svarta hålets singularitet än vid tidpunkten för utkastningen. Det är därför neutronen inuti det svarta hålets händelsehorisont måste kollapsa och bli en del av singulariteten i centrum.
Så låt oss gå tillbaka till seleexemplet: du tog en liten massa, band den till ett större fartyg; fartyget är utanför händelsehorisonten och massan är nedsänkt. När någon partikel passerar händelsehorisonten kan den inte lämna den igen - inte en partikel, inte ens ljus. Men fotoner och gluoner förblir just de partiklar som vi behöver för att utbyta krafter mellan partiklar som ligger utanför händelsehorisonten, och de kan inte heller gå någonstans.
Detta betyder inte nödvändigtvis att kabeln går sönder; snarare kommer singulariteten att dra på hela fartyget. Naturligtvis kommer tidvattenkrafter under vissa förhållanden inte att riva dig isär, men att uppnå singulariteten kommer att vara oundviklig. Den otroliga allvaret och det faktum att alla partiklar av alla massor, energier och hastigheter inte har något annat val än att resa till singulariteten, det är vad som kommer att ske.
Därför tyvärr har de ännu inte hittat en väg ut ur det svarta hålet efter att ha passerat händelsehorisonten. Du kan minska förlusterna och ta bort det som redan har kommit inuti, eller hålla kontakten och drunkna. Valet är upp till dig.
Ilya Khel
