Obracanie czarnych dziur może sprawić, że hiperprzestrzeń w końcu dotrze do celu

Jednym z najbardziej cenionych scenariuszy science fiction jest użycie czarnej dziury jako portalu do innego wymiaru, czasu lub wszechświata. Ta fantazja może być bliższa rzeczywistości niż wcześniej sobie wyobrażano.

Czarne dziury to prawdopodobnie najbardziej tajemnicze obiekty we wszechświecie. Są konsekwencją grawitacji miażdżącej umierającą gwiazdę bez ograniczeń, co prowadzi do powstania prawdziwej osobliwości - co dzieje się, gdy cała gwiazda zostaje skompresowana do pojedynczego punktu, dając obiekt o nieskończonej gęstości. Ta gęsta i gorąca osobliwość przebija dziurę w strukturze samej czasoprzestrzeni, prawdopodobnie otwierając okazję do podróży nadprzestrzennych. Oznacza to krótkie przejście przez czasoprzestrzeń pozwalające na podróżowanie w kosmicznych odległościach w krótkim czasie.

Zobacz także: Czy hiperprzestrzeń to czysta fikcja naukowa? Nie, jeśli ciężko patrzysz na teorię strun

Naukowcy sądzili wcześniej, że każdy statek kosmiczny próbujący wykorzystać czarną dziurę jako portal tego typu musiałby liczyć się z naturą w najgorszym przypadku. Gorąca i gęsta osobliwość spowodowałaby, że statek kosmiczny wytrzyma ciąg coraz bardziej niewygodnych pływów rozciągających się i ściskających, zanim zostanie całkowicie odparowany.

Latanie przez czarną dziurę

Mój zespół z University of Massachusetts Dartmouth i kolega z Georgia Gwinnett College wykazali, że wszystkie czarne dziury nie są sobie równe. Jeśli czarna dziura, taka jak Strzelec A *, znajdująca się w centrum naszej galaktyki, jest duża i wirująca, to perspektywa statku kosmicznego zmienia się dramatycznie. To dlatego, że osobliwość, z którą statek kosmiczny musiałby się zmagać, jest bardzo delikatna i może pozwolić na bardzo spokojne przejście.

Jest to możliwe dlatego, że odpowiednia osobliwość wewnątrz wirującej czarnej dziury jest technicznie „słaba”, a zatem nie uszkadza obiektów, które z nią oddziałują. Początkowo ten fakt może wydawać się sprzeczny z intuicją. Ale można to uznać za analogiczne do powszechnego doświadczenia szybkiego przepuszczania palca przez płomień świecy w pobliżu 2000-stopniowego płomienia bez poparzenia.

Mój kolega Lior Burko i ja badamy fizykę czarnych dziur od ponad dwóch dekad. W 2016 r. Mój doktorat studentka, Caroline Mallary, zainspirowana przebojowym filmem Christophera Nolana Międzygwiezdny, spróbujcie sprawdzić, czy Cooper (postać Matthew McConaugheya) może przetrwać swój upadek głęboko w Gargantuę - fikcyjną, supermasywną, szybko obracającą się czarną dziurę około 100 milionów razy większą od masy naszego Słońca. Międzygwiezdny powstał na podstawie książki napisanej przez astrofizyka, laureata Nagrody Nobla, Kipa Thorne'a, a właściwości fizyczne Gargantuy są kluczowe dla fabuły tego hollywoodzkiego filmu.

Opierając się na pracy wykonanej przez fizyka Amosa Ori przed dwudziestu laty i uzbrojonej w jej silne umiejętności obliczeniowe, Mallary zbudował model komputerowy, który uchwyciłby większość istotnych efektów fizycznych na statku kosmicznym lub dowolnym dużym obiekcie, wpadając w dużą, obracającą się czerń dziura jak Strzelec A *.

Nawet nie wyboista jazda?

Odkryła, że ​​w każdych warunkach obiekt wpadający w wirującą czarną dziurę nie doświadczyłby nieskończenie dużych efektów po przejściu przez tak zwaną osobliwość horyzontu wewnętrznego dziury. Jest to osobliwość, której obiekt wchodzący w wirującą czarną dziurę nie może manewrować ani unikać. Nie tylko to, że w odpowiednich okolicznościach efekty te mogą być pomijalnie małe, co pozwala na dość wygodne przejście przez osobliwość. W rzeczywistości nie może być zauważalnego wpływu na spadający obiekt. Zwiększa to możliwość używania dużych, obracających się czarnych dziur jako portali do podróży w nadprzestrzeni.

Mallary odkrył także cechę, która wcześniej nie została w pełni doceniona: fakt, że skutki osobliwości w kontekście obracającej się czarnej dziury spowodowałyby gwałtownie rosnące cykle rozciągania i ściskania statku kosmicznego. Ale w przypadku bardzo dużych czarnych dziur, takich jak Gargantua, siła tego efektu byłaby bardzo mała. Zatem statek kosmiczny i wszystkie osoby na pokładzie nie wykryją go.

Kluczowe jest to, że efekty te nie rosną bez ograniczeń; w rzeczywistości pozostają skończone, nawet jeśli naprężenia na statku kosmicznym mają tendencję do wzrostu w nieskończoność w miarę zbliżania się do czarnej dziury.

Istnieje kilka ważnych założeń upraszczających i wynikających z nich zastrzeżeń w kontekście modelu Mallary'ego. Głównym założeniem jest to, że rozpatrywana czarna dziura jest całkowicie izolowana, a zatem nie podlega stałym zakłóceniom przez źródło, takie jak inna gwiazda w jej pobliżu, a nawet jakiekolwiek spadające promieniowanie. Chociaż to założenie pozwala na ważne uproszczenia, warto zauważyć, że większość czarnych dziur jest otoczona materiałem kosmicznym - pyłem, gazem, promieniowaniem.

Zobacz także: „Solo” nadało nazwę paliwu dla podróży hiperspace

Dlatego naturalnym przedłużeniem pracy Mallary'ego byłoby przeprowadzenie podobnego badania w kontekście bardziej realistycznej astrofizycznej czarnej dziury.

Podejście Mallary'ego do zastosowania symulacji komputerowej do zbadania wpływu czarnej dziury na obiekt jest bardzo powszechne w dziedzinie fizyki czarnych dziur. Nie trzeba dodawać, że nie mamy jeszcze możliwości przeprowadzania prawdziwych eksperymentów w czarnych dziurach lub w ich pobliżu, więc naukowcy uciekają się do teorii i symulacji, aby rozwinąć zrozumienie, dokonując prognoz i nowych odkryć.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation by Gaurav Khanna. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.