Wenn ein ausreichend massereicher Stern sein Leben beendet oder zwei ausreichend massereiche Sternreste verschmelzen, kann sich ein Schwarzes Loch bilden, dessen Ereignishorizont proportional zu seiner Masse und einer ihn umgebenden Akkretionsscheibe aus unfehlbarer Materie ist. (ESA / HUBBLE, ESO, M. KORNMESSER)

Fragen Sie Ethan: Was passiert, wenn Sie in ein Schwarzes Loch fallen?

Schwerkraft und Zeit unterscheiden sich so sehr von dem, was Sie erwarten würden. So würde alles enden.

Wenn Sie nur die Antwort auf eine Frage zum Universum wissen könnten, was würden Sie fragen? Was möchten Sie mehr als alles andere wissen? Mit zunehmendem Alter verlieren die meisten von uns die Dinge aus den Augen, über die wir uns als Kinder Gedanken gemacht haben. Deshalb freute ich mich, von Eric Erb eine Nachricht über zehn Fragen zu erhalten, die sein Sohn Tristan aus seiner 2. Klasse mit nach Hause gebracht hatte. Zwei der größten Geheimnisse von allen, Schwerkraft und Zeit, beherrschten seine Neugier. Nachdem er es eingekocht hatte, wollte er Folgendes wissen:

Ich habe ihn gerade gefragt und er wollte, dass zwei Fragen beantwortet werden. 1. Was passiert, wenn Sie in ein Schwarzes Loch fallen? 2. Warum / wie zieht uns die Schwerkraft an?

Beginnen wir am Anfang und stellen sicher, dass wir alles erreichen.

Normale Materie wird von der Erde gestoppt, aber dunkle Materie würde direkt hindurchtreten und eine nahezu perfekte Ellipse bilden. Dies ist das Ergebnis, das jedes System erfahren würde, wenn die einzigen auf es einwirkenden Kräfte die Gravitation wären und alles andere ignoriert werden könnte. (DAVE GOLDBERG VON ASK A MATHEMATICIAN / ASK A PHYSICIST)

Das erste, was Sie erkennen müssen, ist, dass Sie frei sind, solange Sie in diesem Universum sind und nichts anderes Sie berührt. Ich meine nicht frei in einem rechtlichen oder menschenrechtlichen Sinne, sondern frei von äußeren Einflüssen.

Sie können darüber genauso nachdenken wie über einen Astronauten, der frei im Weltraum schwebt: frei in dem Sinne, dass es keinen Boden gibt, der Sie nach oben drückt, keine Luftmoleküle, die gegen Sie stürzen, keinen Stuhl, auf dem Sie sitzen können, keine anderen Menschen, die Sie berühren können Du. Du bist frei im Universum.

Das bedeutet aber auch, dass Sie sich von der Schwerkraft herumschubsen lassen können, auch wenn wir nicht so oft darüber nachdenken.

Der längste ungebundene Weltraumspaziergang aller Zeiten des NASA-Astronauten Bruce McCandless an Bord der STS-41-B. Da ihn nichts berührt, befindet sich Bruce im freien Fall. Es gibt überhaupt keine äußeren Kräfte auf ihn. Es steht ihm einfach frei, keine anderen Kräfte als die Schwerkraft zu erfahren. (NASA)

Sicher, du fühlst es vielleicht nicht, aber die Schwerkraft zieht dich immer an. Diese Kraft, die du hier auf der Erdoberfläche fühlst? Das ist keine Schwerkraft; Das ist die Schwerkraft, die durch die Kräfte des Stuhls, des Bodens oder anderer Oberflächen ausgeglichen wird, die Sie halten. Nehmen Sie diese Kräfte weg, wie Sie sich fühlen, wenn Sie vom Boden springen, und dieses sofortige Gefühl der Schwerelosigkeit ist, wie es ist, im freien Fall zu sein - oder allein unter dem Einfluss der Schwerkraft zu stehen.

In unserem realen Universum gibt es jedoch überall Massen. Der Planet Erde ist eine Masse, die Sonne ist eine Masse und alle Welten, Sterne und Galaxien im Universum sind Massen. Wenn Sie den Raum selbst visualisieren könnten, wäre es nicht einfach ein vollständig flaches Gitter. es würde durch die Anwesenheit all dieser Massen verzerrt werden. Wenn Sie sich allein unter dem Einfluss der Schwerkraft durch das Universum bewegten, bestimmte dieses verzogene Gitter, wie Sie sich bewegten.

Anstelle eines leeren, leeren 3D-Gitters führt das Ablegen einer Masse dazu, dass gerade Linien um einen bestimmten Betrag gekrümmt werden. In der Allgemeinen Relativitätstheorie behandeln wir Raum und Zeit als kontinuierlich, aber alle Formen von Energie, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Masse, tragen zur Krümmung der Raumzeit bei. (CHRISTOPHER VITALE OF NETWORKOLOGIES UND DAS PRATT INSTITUT)

Das ist die Schwerkraft: die Art und Weise, wie sich der Raum in Gegenwart von Masse (und Energie) verzieht, und die Auswirkungen, die er auf andere Objekte (wie Sie) hat, die in diesem Raum existieren.

Lassen Sie sich auch von diesem statischen Bild nicht täuschen. Das Raumgefüge ändert sich ständig, wenn sich Massen durch den Raum bewegen. Wenn die Erde die Sonne umkreist, ändert sich die Verzerrung des Weltraums. Während sich die Sonne um die Galaxie bewegt, ändert sich die Krümmung des Weltraums. Wenn sich Sterne bilden und leben und explodieren und sterben, verändert sich das Raumgefüge.

Dies alles ist Teil des großen kosmischen Tanzes und Teil der Geschichte der Schwerkraft. Während sich die Massen bewegen und verändern, während sich das Universum ausdehnt und eine ganze Reihe von Prozessen im Universum abläuft, ändert sich das Raumgefüge. Aber durch all das bleibt die Schwerkraft real und zieht uns alle weiter an, als ob wir frei fallen würden.

Ein animierter Blick darauf, wie die Raumzeit reagiert, wenn sich eine Masse durch sie bewegt, zeigt genau, wie qualitativ nicht nur eine Stoffbahn ist, sondern der gesamte Raum selbst durch die Präsenz und Eigenschaften der Materie und Energie im Universum gekrümmt wird. (LUCASVB)

Wenn Sie sich mit genügend Geschwindigkeit und in die richtige Richtung vom richtigen Ort aus bewegen, können Sie eine stabile Umlaufbahn um jede Masse im Universum bilden.

Aber wenn Sie etwas falsch machen, werden Sie auf die Masse zurückgreifen, die Sie umkreisen möchten. Starten Sie eine Rakete ohne ausreichende Geschwindigkeit, und sie fällt auf die Erde zurück. Verlangsamen Sie einen Planeten zu sehr, und er wird in die Sonne fallen. Verlangsamen Sie einen umlaufenden Stern und er fällt in das Zentrum einer Galaxie.

Und im extremsten Fall, wenn Sie die falschen Eigenschaften haben, können Sie in ein Schwarzes Loch fallen. Ein Schwarzes Loch ist die ultimative Masse: eine, die so dicht, so massiv und so kompakt ist, dass nichts mehr herauskommt, wenn sie hineinfällt. Selbst bei der ultimativen Geschwindigkeitsbegrenzung des Universums - der Lichtgeschwindigkeit - kann man nicht entkommen.

Eine Illustration einer stark gekrümmten Raumzeit außerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs. Wenn Sie sich dem Ort der Masse immer näher kommen, wird der Raum stärker gekrümmt, was schließlich zu einem Ort führt, aus dem selbst Licht nicht entweichen kann: dem Ereignishorizont. (PIXABAY USER JOHNSONMARTIN)

Es gibt eine Reihe von sehr eingängigen Dingen, die passieren, wenn Sie sich dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nähern, und die Dinge werden noch schlimmer, wenn Sie ihn überqueren. Es gibt einen sehr, sehr guten Grund, warum man niemals raus kann, wenn man einmal über diese unsichtbare Barriere gerast ist.

Wenn Sie sehr weit von einem Schwarzen Loch entfernt sind, ist der Raumstoff weniger gekrümmt. Wenn Sie sehr weit von einem Schwarzen Loch entfernt sind, ist seine Schwerkraft nicht von jeder anderen Masse zu unterscheiden, sei es ein Neutronenstern, ein regulärer Stern oder nur eine diffuse Gaswolke. Die Raumzeit mag gekrümmt sein, aber alles, was Sie an Ihrem entfernten Ort erkennen können, ist, dass es auf das Vorhandensein einer Masse zurückzuführen ist, nicht auf die Eigenschaften oder Verteilungen dieser Masse.

Sie würden einfach frei fallen, genauso wie Sie es tun würden, wenn Sie dieses Schwarze Loch durch etwas anderes ersetzen würden. Es würde einfach anders aussehen: wie ein Schwarzes Loch aussieht.

Eine Visualisierung, wie ein Schwarzes Loch vor dem Hintergrund der Milchstraße aussehen würde. Der Ereignishorizont ist der dunkle Bereich, aus dem kein Licht entweichen kann. (SXS TEAM; BOHN ET AL. 2015)

Als Sie näher kamen, fühlten Sie etwas Seltsames: eine Kraft, die an Ihrem Körper zog. Wenn Ihre Füße näher am Ereignishorizont wären als Ihr Kopf, würden Sie eine Dehnung von Kopf bis Fuß spüren, während Ihre Seiten zusammengedrückt würden. Dies sind Gezeitenkräfte, die gleichen Kräfte, die dazu führen, dass sich die Ozeane der Erde ausbeulen.

Nur ist ein Schwarzes Loch viel, viel stärker und seine Gezeitenkräfte würden dich extrem stark dehnen und komprimieren, je näher du kommst. Sie würden arbeiten, um dich in einen langen, dünnen Strang zu ziehen; Sie würden Sie effektiv in eine Nudel verwandeln. Wissenschaftler haben dies schon lange erkannt, und wir haben tatsächlich eines der lustigsten Wörter von allen, um zu beschreiben, was mit einem Objekt passiert, wenn es in ein Schwarzes Loch fällt: Spaghettifizierung!

Selbst wenn Sie als perfekte Kugel beginnen würden, würden Sie in Richtung eines Schwarzen Lochs gedehnt und in den Richtungen senkrecht dazu komprimiert. Die Kraft in der Mitte des Objekts entspricht der durchschnittlichen Nettokraft, während an verschiedenen Punkten außerhalb der Mitte unterschiedliche Nettokräfte auftreten. Dies führt zu einem

Was Sie sehen würden, wäre genauso faszinierend. Aus großer Entfernung würde man einfach den Raum um ihn herum gekrümmt sehen, als ob diese Masse eine großartige kosmische Linse wäre, um das gesamte Licht um sie herum zu verzerren. Aber während Sie reisen, werden Sie in Ihrem perfekt ausgestatteten, unzerstörbaren Raumschiff etwas Merkwürdiges bemerken, wenn Sie sich diesem Schwarzen Loch nähern.

Wenn Sie ihm doppelt so nahe kommen wie zuvor, scheint seine Winkelgröße mehr als doppelt so groß zu werden. Wenn Sie den Abstand erneut halbieren, scheint er erneut noch größer zu werden: mehr als viermal so groß wie ursprünglich.

Im Gegensatz zu allen anderen Objekten, an die Sie gewöhnt sind und bei denen sie im Verhältnis zu Ihrer Entfernung optisch größer zu werden scheinen, scheint dieses Schwarze Loch dank der unglaublichen Krümmung des Raums viel schneller zu wachsen, als Sie erwartet hatten .

Aufgrund der Fähigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie, den Raum zu dehnen und zu verzerren, wird das Licht, das hinter einem Schwarzen Loch kommt, um dieses herum gebogen und hinterlässt eine große Scheibe der Dunkelheit, die dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs entspricht. (UTE KRAUS, PHYSIKBILDUNGSGRUPPE KRAUS, UNIVERSITAT HILDESHEIM)

Der Grund dafür ist einfach. Sicher, die Masse krümmt die Raumzeit, aber je näher Sie einer extrem dichten und großen Masse wie einem Schwarzen Loch kommen, desto stärker wird die Krümmung des Raums. Dies erhöht sicher die Gezeiten- und Spaghettierungskräfte auf Sie, erhöht aber auch die Menge an Licht, das aus der Umgebung des Schwarzen Lochs kommt.

Im Vergleich zu seiner tatsächlichen physischen Größe wird der Ereignishorizont riesig erscheinen! Hintergrund, entfernte Sterne scheinen ihre Positionen katastrophal aus der Form gebogen zu haben, und der Ereignishorizont beginnt, Ihr gesamtes frontales Sichtfeld zu übernehmen.

Wenn Sie in ein Schwarzes Loch fallen oder sich einfach dem Ereignishorizont nähern, erscheinen dessen Größe und Skalierung viel größer als die tatsächliche Größe. Für einen externen Beobachter, der beobachtet, wie Sie hineinfallen, werden Ihre Informationen am Ereignishorizont verschlüsselt. Was mit diesen Informationen passiert, wenn das Schwarze Loch verdunstet, ist immer noch unbeantwortet. (ANDREW HAMILTON / JILA / UNIVERSITÄT COLORADO)

Je näher Sie dem Ereignishorizont kommen, desto mehr wird alles vor Ihnen abgedeckt. Sobald Sie diesen Ereignishorizont überschritten haben, ist Ihr Schicksal besiegelt. Es gibt keine Menge an Energie, die Sie einsetzen können, um irgendwohin zu gelangen, außer in die Singularität in der Mitte, die Sie in Sekundenschnelle in Ihre subatomaren Teilchen zerquetscht.

Aber du bist noch nicht zum Scheitern verurteilt!

An diesem Punkt, nachdem Sie den Ereignishorizont noch nicht überschritten haben, können Sie immer noch aussteigen. Wenn Sie genügend Beschleunigung vom Ereignishorizont weg bereitstellen, können Sie der Schwerkraft entkommen und das Universum zu Ihrer sicheren, weit vom Schwarzen Loch entfernten, asymptotisch flachen Raumzeit zurückkehren lassen. Ihre Gravitationssensoren können Ihnen sagen, dass es einen deutlichen Gefällegrad zum Zentrum der Schwärze und weg von den Regionen gibt, in denen Sie noch Sternenlicht sehen können.

Diese Visualisierung oben macht das, was Sie meistens sehen würden, richtig. Die einzige Ausnahme ist, dass sich die Farbe ändert, wenn Sie in das Schwarze Loch fallen. Das äußere Licht, wenn es einfällt, erscheint Ihnen blauer, wenn es auf Ihre Augen trifft, beschleunigt durch die zusätzliche Gravitationskrümmung des Raums.

Wenn Sie Ihren Sturz in Richtung Ereignishorizont fortsetzen, werden Sie schließlich sehen, wie sich das Sternenlicht zu einem winzigen Punkt hinter Ihnen komprimiert und aufgrund der Gravitations-Blauverschiebung die Farbe in Blau ändert. Im letzten Moment, bevor Sie in den Ereignishorizont übergehen, wird dieser Punkt rot, weiß und dann blau, wenn der kosmische Mikrowellen- und Radiohintergrund für Ihren letzten letzten Blick nach außen in den sichtbaren Teil des Spektrums verschoben wird Universum, immer noch unter der Annahme, dass nichts anderes in dich hineinfällt.

Dies wäre die bizarrste, exotischste Ansicht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die jeder sehen könnte: die bläulich verschobene Energie, die von einem einzigen Punkt hinter Ihnen kommt, wenn Sie Ihre letzten Momente erleben, bevor Sie auf die zentrale Singularität des Schwarzen Lochs stoßen. (E. SIEGEL)

Und dann ... Schwärze. Nichts. Innerhalb des Ereignishorizonts trifft kein Licht vom äußeren Universum auf Ihr Raumschiff. Egal wie Sie Ihre Motoren abfeuern, egal was Sie tun, es gibt keinen Ausweg. Was Sie sehen würden, würde nicht widerspiegeln, wohin Sie unterwegs waren: Die Singularität würde vor Ihnen liegen, egal in welche Richtung Sie gingen.

Aber Sie würden diese Singularität nicht wirklich sehen, weil dieser stark gekrümmte Raum so seltsam war. Es gibt tatsächlich Licht von der Außenwelt, das Ihnen in das Schwarze Loch folgt und den Ereignishorizont vor Ihnen, nach Ihnen und mit Ihnen überquert. Das folgende Video zeigt, was passiert, wenn Sie das Licht des äußeren Universums genau wie im wirklichen Leben in das Schwarze Loch um Sie herum fallen lassen. (Sie überqueren den Ereignishorizont ungefähr um die 0: 37-Marke im Video.)

Von dem Moment an, in dem Sie den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs überschritten haben, würde es nur Sekunden dauern, bis Sie in Stücke gerissen sind. Aber in den größten Schwarzen Löchern besteht die Möglichkeit, dass sie woanders hinführen: zu einem Weißen Loch, zu einem anderen Universum oder zu einer neuen physischen Realität, die sich hinter einem Ereignishorizont verbirgt, den wir nicht sehen können. Von außen können wir keine Informationen darüber erhalten, was sich innerhalb des Ereignishorizonts befindet. Wir haben nur unsere Theorien.

Ich empfehle immer noch, nicht in ein Schwarzes Loch zu fallen, wenn Sie helfen können, denn das wahrscheinlichste Szenario ist, dass Sie einfach auseinandergerissen und zerquetscht werden. Aber wenn Sie hineingehen würden, wären Sie der einzige existierende Mensch, der mit Sicherheit weiß, wie es ist. Sie wären der erste, der herausfindet, welche Geheimnisse in einem Schwarzen Loch stecken. Sie können dies ablehnen, und das ist wohl die kluge Wahl. Aber in diesem Universum muss man etwas riskieren, um es herauszufinden, wenn man der Erste sein will. Vielleicht wird einer von Ihnen da draußen, der dies liest, der Erste sein, der es mit Sicherheit weiß.

Senden Sie Ihre Fragen an Ethan an Startwithabang bei gmail dot com!

Starts With A Bang ist jetzt auf Forbes und dank unserer Patreon-Unterstützer auf Medium neu veröffentlicht. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: Die Wissenschaft von Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.