Cesta do černé díry

Čau, tady Michael "Vsauce".
Dnes se podíváme do černé díry. Nebude to sice příjemné,
ale zato zábavné. Ale popořadě. Z matematického hlediska
se může cokoliv stát černou dírou, pokud to dostatečně stlačíte. Vy, já, tahle kamera. Všechno ve vesmíru
má Schwarzschildův poloměr. Objem, při jehož
dosažení hmota objektu dosáhne tak velké hustoty, že jeho
gravitační síla nedovolí světlu uniknout. Dostanete černou díru.

Jestliže stlačíte Mount Everest na objem
menší než nanometr, dostanete černou díru. Jestliže stlačíte celou zeměkouli
na velikost arašídu, dostanete černou díru. Naštěstí neexistuje žádný
známý způsob, jakým by to šlo. Ale hvězda, mnohokrát větší než Slunce,
má Schwarzschildův poloměr mnohem větší. A když jí dojde palivo, bez kterého se neudrží
dostatečně horká, zhroutí se do jediného, nekonečně malého bodu
známého jako singularita. Jeho hustota bude nekonečná,
a jeho gravitační síla tak velká, že nic nebude schopné uniknout, ani světlo.

Ale dost o vzniku černých děr,
pojďme do jedné skočit. První otázka:
Jak bude vypadat zvenku? Víme, že gravitační pole
ohýbá čas a prostor. Hvězdy za naším Sluncem uvidíme
na jiném místě při pohledu ze Země, protože gravitační pole Země
ohýbá světlo letící z těchto hvězd. U gravitačních polí větších objektů,
jako jsou galaxie nebo černé díry,
bude efekt ještě šílenější. Světlo letící z objektu za nimi
bude výrazně zkreslené a rozmazané.

Jak můžeme vidět ze Země,
modrá galaxie za červenou galaxií je pokřivená jako
ve vypouklém zrcadle. Místo, aby se nám jevila tak,
jak skutečně vypadá, připadá nám jako prstenec
kolem červené galaxie. Tomuto efektu se říká
"gravitační čočka". Tohle je simulace černé díry před miliony
světelných let vzdálenou galaxií. Galaxii nehrozí vtažení černou dírou,
světlu vycházejícímu z galaxie ale ano. Všimněte si galaxie pohybující se
na pozadí a zakřivení jejího světla.

Teď jedna zábavná ukázka,
co kdyby Země obíhala kolem černé díry? Při pohledu zvenku by Země
nejdřív vypadala normálně, ale jakmile se dostane
za černou díru, gravitační pole černé díry zvlní
světlo odražené ze Země a vznikne tohle. Pro jednoduchost skočme
do prosté černé díry. Takové, která nemá náboj, nehýbe se
ani nevtahuje další hmotu, prostě samotné. Jak se přibližujeme,
zkreslení oblohy je výraznější. Čím dál větší část našeho výhledu
bude vyplněna temnotou.

V tuhle chvíli nám zabírá polovinu výhledu černo, dosáhli jsme "fotonové sféry". Světlo není přímo
vtaženo do černé díry, ale ani nemůže uniknout. Místo toho fotony
obíhají kolem černé díry. Kdybyste se tu podívali na stranu,
mohli byste teoreticky vidět svoje temeno, protože světlo odražené
z vašeho temena by se dostalo po fotonové sféře zpátky do vašeho obličeje.

Gravitační pole ohýbá
nejen prostor, ale i čas. Tady na zemi nás to
většinou nemusí zajímat. Ale kolem černé díry je gravitace tak silná,
že by pozorovatel váš skok dovnitř viděl velmi zvláštně. Neviděli by vás vletět rychle do díry,
ale blížit se stále pomaleji, dokud byste se nedostali
do bodu jménem horizont událostí. Je to bod,
ze kterého se již nejde vrátit. V tomhle bodě už světlo neunikne.

Pro pozorovatele by to byl
konec vaší cesty. Vypadali byste zmrazeni v čase, světlo z vašeho těla čím dál červenější,
dokud byste nezmizeli. Nikdy by neviděli
váš přechod horizontu událostí. Vám by se všechno zdálo v pohodě, prošli byste horizontem
k nevyhnutelnému zániku. Jak se blížíte singularitě, váš obraz vesmíru by
se smrsknul do jednoho bodu za vámi.

Pokud je černá díra dost velká, může být horizont událostí
docela pohodlný. Víme, že nikdy neunikneme
a náš život je u konce, ale můžeme letět hodiny,
než to začne bolet. Proč pocítíme bolest?
Čím blíž jste k singularitě, tím je výraznější rozdíl
v gravitačním tahu v prostoru. Části mého těla blíž k singularitě
budou přitahovány silněji a celé moje tělo bude nataženo
směrem k singularitě.

Efekt bude tak silný,
že mu vědci říkají špagetifikace. Až se dostanete sem,
budete mrtví. Vaše molekuly budou
roztrhány a roztaženy a až se dostanou k singularitě,
nikdo neví, co se stane. Možná úplně zmizí v porušení
veškerých zákonů fyziky. Možná se objeví
jinde ve vesmíru. Věří se, že pohybující se nebo rotující
černé díry mohou tvořit "červí díry". Způsob pohybu napříč vesmírem
rychlejší než světlo.

Bez porušení vědeckých zákonů,
ale za využití dimenzí vesmíru. Například, kdybych
se chtěl dostat odtud sem, musel bych urazit
tuhle vzdálenost. Ale teoreticky dělá
červí díra něco šíleného. Například, tohle. Teď jsou oba body vedle sebe
a já se mezi nimi přemístím okamžitě. To je ale jen teorie. Naštěstí ale máme
způsob studia černých děr tady na Zemi. Vstupte do "němé díry".

Tak jako černou díru neopustí světlo,
němá díra je akustická černá díra. Nedovolí uniknout zvuku.
Nemusí být ani zdaleka tak silná. Vědům se podařilo vytvořit
němé díry v laboratořích za pomoci speciálních tekutin
pohybujících se rychlostí zvuku. Vývoj oboru akustických
černých děr ještě musí pokročit, ale možná se toho hodně naučíme
o fungování černých děr studiem zvuku v němých dírách. Další otázka.

Jak by vypadala
cesta ke Slunci rychlostí světla? Překvapivě byste neviděli
Slunce rychle se přiblížit. Naopak, ze začátku by to vypadalo,
jakoby se Slunce vzdalovalo. Proč? Protože vaše
zorné pole by se rozšírilo do stran. Viděli byste skoro za sebe.
Teď vám řeknu proč. Dokud ještě stojíte,
blíží se k vám světlo z věcí za vámi. Pokud ale letíte rychlostí světla,
dostihnete světlo z věcí za vámi. Jak dosáhnete rychlosti světla, vaše zorné pole se rozšíří
a zkoncentruje věci uprostřed.

Kde ale jste ve vesmíru?
Nebo lepší otázka. Kde je střed vesmíru? Může to znít šíleně, ale je všude. Říká se tomu "kosmologický princip". Bez ohledu na vaši
pozici ve vesmíru se od vás zdánlivě všechno
vzdaluje stejným tempem. Vesmír expanduje, ale ne jako balónek,
zvětšující se a s lidmi uvnitř. Namísto toho jsme
na povrchu balónku.

Kdybyste na balónek
umístili body a nafouknuli ho, všechny body by se
od sebe vzdalovaly stejně rychle. Na povrchu balónku není žádný střed. Podívejte se na tyhle dvě vrstvy.
Jsou stejné, ale vrchní je o 5 % expandovaná
oproti spodní. Řekněme, že žijete na jedné z těchto teček
a měříte, odkud se všechno rozpíná. Sledujte, co se stane,
když překryju bod v minulosti a současnosti. Bum, vypadá jako střed rozpínání.

Můžu to udělat s jakoukoliv tečkou. Jakmile zvolím referenční bod,
ten se okamžitě stane středem rozpínání. Takže zatímco smrt v černé díře
by byla osamělá, strašidelná a morbidní, myslete při pohledu
na hvězdy na tohle. Bez ohledu na to kde jste,
kdo jste nebo co vám říkají přátelé a rodiče, vědecky jste doopravdy
středem vesmíru. Nakonec, co kdyby náš vesmír
měl "googolplex" metrů napříč. Není ani zdaleka tak velký,
ale kdyby byl, byl by tak objemný, že by bylo statisticky nemožné,
aby někde ve vesmíru nebyla vaše kopie.

Pro vysvětlení klikněte sem a podívejte se
na nový kanál Bradyho Harana, Číslofil. Patří mezi originální kanály Youtube
a už jsem s nimi dřív pracoval. Jsou skvělí,
můj oblíbený druh geeků. Takže se podívejte
na video a další věci. A pokud máte rádi matematiku,
doporučuju přihlásit se k odběru. A jako vždy,
díky za sledování. Překlad: Skarab
www.videacesky.cz