블랙홀에 빠지면 어떻게 되나요?

블랙홀은 충분히 큰 별이 끝에 도달하거나 충분히 큰 두 개의 별 잔해가 합쳐지면 형성됩니다. 블랙홀의 사건 지평선의 크기는 별의 질량에 비례하며(사건선: 빛이 탈출할 수 없는 블랙홀의 경계), 그 주변에는 다량의 낙하 물질이 모여 형성된 강착원반이 있습니다. . (ESA/허블, ESO, M. KORNMESSER). 이미지 출처: sina.cn

우주에 대해 단 한 가지 질문만 할 수 있다면 무엇을 묻고 싶나요? 가장 알고 싶은 것은 무엇입니까? 나이가 들수록 우리는 어렸을 때 가졌던 호기심을 잃게 됩니다. Eric Erb의 2학년인 Tristan이 학교에서 가져온 10가지 질문 중 그가 가장 궁금해했던 것은 시간과 중력에 관한 질문이었습니다. . 진정하세요. 그의 질문을 아래에 올려 놓겠습니다.

첫 번째 질문부터 시작하여 단계별로 살펴보겠습니다.

일반적으로 말하면 물질은 지구에 의해 차단되지만 암흑 물질은 지구를 직접 통과하여 거의 완벽한 타원을 형성할 수 있습니다. 시스템에서 유일한 힘이 중력이고 다른 모든 것을 무시한다면 이런 결과는 반드시 일어날 것입니다(수학자/물리학자의 Dave Goldberg의 답변)

우선 다음과 같이 알아야 합니다. 우주의 어떤 것도 당신에게 닿지 않는 한 당신은 자유입니다. 여기서 자유란 법적, 인권적 의미가 아니라 어떤 외부의 힘에도 밀리지 않고 끌려가지 않는다는 의미입니다.

우주 비행사가 우주를 자유롭게 떠다니는 장면을 참고할 수 있습니다. 지상 지지대도 없고, 당신을 향해 부는 바람도 없고, 앉을 의자도 없고, 당신을 만지는 사람도 없습니다. 당신은 우주에서 자유롭습니다. .

이는 자주 생각하지 않아도 중력에 의해 자유롭게 움직이고 있다는 의미이기도 합니다.

NASA 우주 비행사 Bruce McCandless는 STS-41-B를 타고 역사상 가장 긴 무제한 우주 유영을 합니다. 그에게 닿는 것은 아무것도 없었고, 그에게 작용하는 외부 힘도 없었습니다. 그는 자유롭게 넘어졌고, 그가 견뎌낸 것은 중력뿐이었습니다.

느껴지지 않는 것도 사실이지만 중력은 늘 당신을 끌어당깁니다. 그 힘을 지구 표면에서 느꼈다고 했죠? 아니요, 그것은 중력이 아니라 의자, 땅 또는 기타 지지대가 가져오는 힘의 균형 감각입니다. 점프할 때와 같이 이러한 지지력을 제거하면 순간적인 무중력 상태가 자유낙하처럼 느껴지거나 중력의 영향만 받습니다.

실제 우주에는 질량이 많아요. 지구는 질량이고, 태양도 질량이며, 우주의 모든 세계, 별, 은하계도 질량입니다. 공간을 시각화할 수 있다면 그것이 단순한 격자가 아니라 다양한 질량에 의해 변형되어 있다는 것을 알 수 있을 것입니다. 오직 중력에 의해서만 우주를 여행할 때 뒤틀린 격자가 어떻게 움직이는지 결정합니다.

물질이 하강하면 어느 정도 구부러지는 공백의 어두운 3D 그리드 대신 직선이 생성됩니다. 일반 상대성 이론에서 우리는 시간과 공간이 연속적이지만 모든 형태의 에너지(물질을 포함하되 이에 국한되지 않음)는 일정 비율의 시공간 왜곡을 일으킬 것이라고 믿습니다(CHRISTOPHER VITALE, Chief of NETWORKOLOGIST 및 THE PRATT INSTITUTE).

이것이 중력입니다. 질량과 에너지의 작용으로 공간이 왜곡되어 다른 물체(예: 귀하)가 우주에 존재할 수 있습니다.

정적인 그림에 속지 마세요. 매스의 움직임에 따라 공간의 구조가 변합니다. 지구가 태양 주위를 돌면서 공간의 왜곡이 변하고, 태양이 은하수 주위를 돌면서 공간의 곡률이 변하고, 별이 형성되고, 존재하고, 폭발하고 죽으면서 공간의 구조가 변합니다.

이것은 우주의 춤의 일부이며, 질량이 변화하고 움직이며, 우주가 팽창하고, 우주의 구조에서 일련의 과정이 발생함에 따라 중력 이야기의 일부입니다. 변경합니다. 하지만 이 모든 이야기가 끝난 후에도 중력은 여전히 ​​실재하며 끊임없이 우리를 끌어당기고 우리가 자유낙하하는 것처럼 느끼게 만듭니다.

공간과 시간 속에서 물질의 움직임을 시각적으로 관찰하는 것은 물질이 단순한 조직의 한 조각이 아니라 물질과 에너지의 존재와 속성에 의해 전체 공간이 왜곡되어 있음을 그 본질로부터 직관적으로 보여주는 데 도움이 된다 우주에서.

올바른 속도, 위치, 방향으로 움직이면 우주의 어떤 천체에도 안정적인 주기 운동을 할 수 있습니다.

하지만 뭔가 잘못되면 천체 속으로 떨어지게 됩니다. 예를 들어 로켓이 충분한 속도로 발사되지 않으면 지구로 다시 떨어지게 됩니다. 행성이 너무 느리게 움직이면 태양에 떨어지게 되고, 별이 너무 느리게 움직이면 우주의 중심으로 떨어지게 됩니다.

극단적인 경우에는 실수를 하면 블랙홀에 빠질 수도 있다. 블랙홀은 "초질량"입니다. 밀도, 부피, 물질이 너무 작아서 블랙홀에 떨어지는 물질은 빠져나올 수 없습니다. 이는 우주에서 가장 빠른 빛의 속도에서도 마찬가지다.

블랙홀 밖에서 촬영한 심하게 뒤틀린 시공간 사진이다. 블랙홀에 점점 가까워질수록 공간은 더욱 왜곡되어 마침내는 빛조차 빠져나올 수 없는 곳, 즉 사건의 지평선으로 돌아오게 됩니다.

블랙홀의 사건의 지평선에 가까워질수록, 블랙홀을 건너면 일이 걷잡을 수 없을 만큼 놀라운 일들이 많이 일어날 것입니다. 이 보이지 않는 장벽을 넘으면 빠져나올 수 없는 이유에 대한 매우 합리적인 설명이 있습니다.

블랙홀에서 상대적으로 멀리 떨어져 있으면 공간의 왜곡이 매우 작습니다. 사실, 블랙홀에서 매우 멀리 떨어져 있으면 그 중력은 중성자별, 일반 별, 확산된 가스 구름 등 다른 별의 중력과 구별할 수 없습니다. 여러분은 질량의 성질이나 분포 때문이 아니라 단지 멀리 있는 질량의 존재를 볼 수 있기 때문에 시공간이 왜곡된다는 것을 알고 있습니다.

블랙홀을 다른 물질로 대체할 수는 있지만 힘을 가하는 지점은 블랙홀인 것처럼 보일 것입니다.

은하수를 배경으로 블랙홀의 윤곽을 시각화한 것입니다. 사건의 지평선은 어떤 빛도 탈출할 수 없는 어두운 영역입니다. (SXS TEAM; BOHN ET AL. 2015)

접근할 때 뭔가 잘못된 느낌이 듭니다. 무언가가 당신의 몸을 당기고 있습니다. 발이 머리보다 사건의 지평선에 더 가까우면 머리부터 발끝까지 당기는 느낌이 들고 옆구리는 압축됩니다. 이것은 지구의 조수의 썰물과 흐름을 일으키는 조석력입니다.

블랙홀이 충분히 강력하다면, 상대적으로 가까이 있을 때 블랙홀의 조석력이 당신을 크게 늘리거나 압축할 것입니다. 그것은 효과적으로 당신을 국수로 만들 정도로 당신을 길게 늘립니다. 과학자들은 이 현상에 대해 오랫동안 알고 있었으며 실제로 우리는 블랙홀에 떨어지는 물체를 농담으로 지칭하기 위해 "스파게티화"라는 용어를 사용합니다.

완벽한 구형으로 출발하더라도 블랙홀 방향으로 늘어나고 블랙홀에 수직인 방향으로 압축됩니다. 물체 중심의 힘은 평균 순 힘과 동일하지만 중심에서 서로 다른 거리에 있는 지점에서는 서로 다른 순 힘을 경험하게 되어 "스파게티화" 현상이 발생합니다. (KRISHNAVEDALA / WIKIMEDIA COMMONS)

당신이 보는 것은 너무나 매혹적이다. 멀리 있을 때 보이는 것은 단지 공간의 왜곡일 뿐이다. 마치 이 물질이 영리해진 것처럼 우주 렌즈는 모든 빛을 왜곡시킨다. 그 근처에. 하지만 정교한 장비와 파괴할 수 없는 우주선을 타고 우주 여행을 떠난다면, 블랙홀에 가까이 다가가면서 몇 가지 놀라운 사실을 발견하게 될 것입니다.

거리가 이전 크기의 절반이면 크기가 이전 크기의 2배가 되고, 거리가 이전 크기의 4분의 1이면 크기가 이전보다 4배 커집니다.

상식과 달리 블랙홀의 크기는 공간의 과장된 곡률로 인해 거리에 비례하여 증가하는 것으로 보입니다.

일반 상대성 이론에 따르면, 공간을 늘리고 왜곡하는 힘으로 인해 블랙홀 뒤쪽에서 나오는 빛이 블랙홀 주위로 휘어지게 되어 사건의 지평선을 따라 커다란 검은 원반이 남게 됩니다. (UTE KRAUS, 물리학 교육 그룹 KRAUS, UNIVERSITAT HILDESHEIM)

이유는 간단합니다. 비록 검은색과 같이 매우 조밀하고 큰 질량에 가까워질수록 질량은 시공간을 휘게 됩니다. 구멍이 생기면 공간의 곡률이 점점 더 커질 것입니다. 이것은 물론 여러분이 경험하는 조석력을 증가시키고, 블랙홀 주위로 휘어지는 빛의 양도 증가시킵니다.

실제 물리적 크기에 비해 시야가 매우 넓어 보입니다. 배경에 있는 멀리 있는 별의 위치가 너무 급격하게 바뀌어 사건의 지평선이 시야 전체를 차지하게 됩니다.

블랙홀에 빠지거나 사건의 지평선에 매우 가까워지면 그 크기와 범위가 실제보다 훨씬 더 커집니다. 구경꾼에게는 추락에 대한 정보가 지평선 안에 암호화되어 있을 것입니다. 블랙홀이 사라지면 그 정보가 어떻게 될지는 아무도 모릅니다. (ANDREW HAMILTON / JILA / 콜로라도 대학)

사건의 지평선에 가까워질수록 시야가 가려집니다. 사건의 지평선을 넘어가면 당신의 운명은 결정됩니다. 몇 초 만에 당신을 아원자 입자로 산산조각 낼 수 있는 중심 특이점을 제외하고는 당신을 데려갈 수 있는 에너지가 없습니다.

하지만 아직 확실한 것은 없습니다!

사건의 지평선을 넘지 않는 한, 나올 기회는 아직 남아있습니다. 사건의 지평선 밖에서 충분한 가속도가 가해지면 블랙홀에서 멀리 떨어진 비교적 안전하고 온화한 우주 공간으로 중력을 벗어날 수 있습니다. 중력 센서는 블랙홀 반대편에 하향 경사가 있음을 알려 주며 여전히 더 멀리 있는 별빛을 볼 수 있습니다.

위의 시각화는 블랙홀에 빠졌을 때 발생하는 색상 변화를 제외하면 기본적으로 정확합니다. 떨어지는 동안, 눈에 들어오는 빛은 시공간의 중력 휘어짐이 가속화되어 더 파랗게 보입니다.

사건의 지평선 쪽으로 계속 떨어지면 별빛이 뒤에서 작은 점으로 압축되어 중력 청색 편이로 인해 파란색으로 변하는 것을 볼 수 있습니다. 사건의 지평선에 들어서려고 할 때 우주 밖을 보면 이 작은 점이 빨간색, 흰색, 다시 파란색으로 변하는 것을 볼 수 있습니다. 우주의 전자파와 라디오는 그 순간 가시 스펙트럼의 일부가 됩니다. 우리는 다른 어떤 것도 당신과 함께 블랙홀에 빠지지 않는다고 가정합니다.

이것은 누구나 볼 수 있는 우주 마이크로파 배경의 가장 이상한 모습입니다. 블랙홀 중심의 특이점과 접촉한 마지막 순간에 뒤에서 청색 편이 에너지가 나오는 것입니다. (E. SIEGEL)

그리고 사건의 지평선 안에는 무한한 어둠이 있습니다. 우주 외부의 어떤 빛도 당신의 배를 비출 수 없습니다. 아무리 엔진을 회전시켜도, 무슨 짓을 해도 탈출구는 없습니다. 당신이 보는 것은 당신이 가고 있는 방향이 아닙니다. 어디로 가든지 특이점은 항상 당신 앞에 있습니다.

하지만 실제로 특이점을 볼 수는 없습니다. 이것은 공간이 심하게 휘어지는 기묘함입니다. 우주 외부의 빛은 당신을 따라 블랙홀로 들어가 사건의 지평선을 가로질러 당신 앞이나 뒤, 또는 당신과 함께 들어갑니다. 아래 영상은 우주 외부의 빛을 상식적으로 따라 사건의 지평선에 진입하면 어떤 일이 일어날지 보여줍니다. (0:37 지점에서 사건의 지평선을 건너게 됩니다)

사건의 지평선을 넘어 산산이 부서지는 데는 몇 초밖에 걸리지 않습니다. 그러나 가장 큰 블랙홀에는 다른 곳, 즉 화이트홀, 또 다른 우주, 또는 우리가 볼 수 없는 사건의 지평선에 가려진 세계로의 연결이 있습니다. 우리가 알고 있는 것은 사건의 지평선에 관한 어떤 정보에도 외부적으로 접근할 수 없습니다.

당신을 기다리는 것은 무너질 뿐이므로 블랙홀에 빠지지 않도록 노력하는 것이 좋습니다.

하지만 만약 당신이 들어간다면, 당신은 그것이 어떤 것인지 아는 유일한 인간이 될 것이며, 블랙홀의 신비를 밝혀낸 최초의 사람이 될 것입니다. 당신은 이것을 하지 않기로 선택할 수도 있으며, 그것은 확실히 현명한 일입니다. 하지만 우주에서는 오직 모험만이 진실을 파악할 수 있을 것입니다. 어쩌면 이 글을 읽고 있는 누군가가 그 미스터리를 가장 먼저 깨뜨릴 수도 있을 것입니다.

저자: start-with-a-bang

FY: Mu Xiaochen

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