Czarne dziury tworzą naturalne wehikuły czasu, które umożliwiają podróżowanie zarówno w przeszłość, jak i przyszłość. Ale nie spodziewaj się, że w najbliższym czasie wrócisz, by odwiedzić dinozaury.
Obecnie nie mamy statku kosmicznego, który mógłby nas zabrać w pobliże czarnej dziury. Ale nawet pomijając ten mały szczegół, próba podróży w przeszłość za pomocą czarnej dziury może być ostatnią rzeczą, jaką kiedykolwiek zrobisz.
Czym są czarne dziury?
Czarna dziura to niezwykle masywny obiekt, który zwykle powstaje, gdy umierająca gwiazda zapada się w sobie.
Podobnie jak planety i gwiazdy, czarne dziury mają wokół siebie pola grawitacyjne. Pole grawitacyjne utrzymuje nas na Ziemi i utrzymuje Ziemię w ruchu wokół Słońca.
Z reguły im masywniejszy jest obiekt, tym silniejsze jest jego pole grawitacyjne.
Ziemskie pole grawitacyjne sprawia, że niezwykle trudno jest dostać się w kosmos. Dlatego budujemy rakiety: musimy podróżować bardzo szybko, aby wyrwać się z ziemskiej grawitacji.
Pole grawitacyjne czarnej dziury jest tak silne, że nawet światło nie może z niego uciec. To imponujące, ponieważ światło jest najszybszą rzeczą znaną nauce!
Nawiasem mówiąc, właśnie dlatego czarne dziury są czarne: nie możemy odbijać światła od czarnej dziury w taki sposób, w jaki moglibyśmy odbijać światło pochodni od drzewa w ciemności.
Rozciągająca się przestrzeń
Alberta Einsteina ogólna teoria względności mówi nam, że materia i energia mają dziwny wpływ na wszechświat. Materia i energia zaginają i rozciągają przestrzeń. Im bardziej masywny jest obiekt, tym bardziej rozciąga się i zagina wokół niego przestrzeń.
Masywny obiekt tworzy rodzaj doliny w przestrzeni. Kiedy przedmioty się zbliżają, wpadają do doliny. Dlatego, gdy zbliżysz się wystarczająco blisko do dowolnego masywnego obiektu, w tym czarnej dziury, spadasz w jego stronę. Jest to również powód, dla którego światło nie może uciec z czarnej dziury: zbocza doliny są tak strome, że światło nie porusza się wystarczająco szybko, aby się wydostać.
Dolina utworzona przez czarną dziurę staje się coraz bardziej stroma w miarę zbliżania się do niej z większej odległości. Punkt, w którym robi się tak stromo, że światło nie może uciec, nazywa się horyzontem zdarzeń. Horyzonty zdarzeń są interesujące nie tylko dla niedoszłych podróżników w czasie: są również interesujące dla filozofów, ponieważ mają implikacje dla jak rozumiemy naturę czasu.
Czas rozciągania
Kiedy przestrzeń jest rozciągnięta, czas również. Zegar, który znajduje się w pobliżu masywnego obiektu, będzie tykał wolniej niż ten, który znajduje się w pobliżu znacznie mniej masywnego obiektu.
Zegar w pobliżu czarnej dziury będzie tykał bardzo wolno w porównaniu do zegara na Ziemi. Jeden rok w pobliżu czarnej dziury może oznaczać 80 lat na Ziemi, jak być może widzieliście na filmie Międzygwiezdny.
W ten sposób czarne dziury mogą być wykorzystywane do podróży w przyszłość. Jeśli chcesz skoczyć w przyszłość Ziemi, po prostu przeleć w pobliżu czarnej dziury, a następnie wróć na Ziemię. Jeśli zbliżysz się wystarczająco blisko środka czarnej dziury, twój zegar będzie tykał wolniej, ale nadal powinieneś być w stanie uciec, o ile nie przekroczysz horyzontu zdarzeń.
Pętle w czasie
A co z przeszłością? Tutaj sprawy stają się naprawdę interesujące. Czarna dziura zakrzywia czas tak bardzo, że może się cofnąć.
Wyobraź sobie, że bierzesz kartkę papieru i łączysz dwa końce, tworząc pętlę. To właśnie wydaje się robić czarna dziura z czasem. Tworzy to naturalny wehikuł czasu. Gdybyś mógł w jakiś sposób dostać się do pętli, którą fizycy nazywają zamkniętą krzywą czasopodobną, znalazłbyś się na trajektorii w przestrzeni, która zaczyna się w przyszłości i kończy w przeszłości.
Wewnątrz pętli przekonasz się również, że trudno jest rozplątać przyczynę i skutek. Rzeczy, które są w przeszłości, powodują rzeczy, które dzieją się w przyszłości, co z kolei powoduje, że rzeczy dzieją się w przeszłości.
The Catch
Więc znalazłeś czarną dziurę i chcesz użyć swojego zaufanego statku kosmicznego, aby wrócić i odwiedzić dinozaury. Powodzenia.
Są trzy problemy. Po pierwsze, możesz podróżować tylko w przeszłość czarnej dziury. Oznacza to, że jeśli czarna dziura powstała po wymarciu dinozaurów, nie będziesz mógł cofnąć się wystarczająco daleko.
Po drugie, prawdopodobnie musiałbyś przekroczyć horyzont zdarzeń, aby dostać się do pętli. Oznacza to, że aby wyjść z pętli w określonym czasie w przeszłości, musiałbyś wyjść z horyzontu zdarzeń. Oznacza to podróżowanie szybciej niż światło, co, jak jesteśmy pewni, jest niemożliwe.
Po trzecie i prawdopodobnie najgorsze ze wszystkiego, ty i twój statek przeszlibyście „spaghetyfikacja”. Brzmi pysznie, prawda?
Niestety, nie jest. Po przekroczeniu horyzontu zdarzeń byłbyś rozciągnięty jak makaron. W rzeczywistości prawdopodobnie byłbyś tak rozciągnięty, że byłbyś po prostu ciągiem atomów wirujących w pustce.
Tak więc, choć zabawnie jest myśleć o zakrzywiających czas właściwościach czarnych dziur, w dającej się przewidzieć przyszłości wizyta u dinozaurów będzie musiała pozostać w sferze fantazji.
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Kredytowych Image: NASA / Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda / Jeremy Schnittman
