Wenn ein massereicher Stern sein Leben beendet oder zwei massereiche Sternreste verschmelzen, kann sich ein Schwarzes Loch mit einem der Masse proportionalen Ereignishorizont und einer ihn umgebenden Akkretionsscheibe aus unfehlbarer Materie bilden. (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. 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? Wenn wir älter werden, verlieren die meisten von uns die Dinge aus den Augen, über die wir uns als Kinder gewundert haben. Deshalb freute ich mich, von Eric Erb eine Nachricht zu zehn Fragen zu erhalten, die sein Sohn Tristan aus der 2. Klasse mit nach Hause brachte. Zwei der größten Geheimnisse von allen, Schwerkraft und Zeit, beherrschten seine Neugier. Nach dem Abkochen wollte er Folgendes wissen:

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

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

Normale Materie wird von der Erde gestoppt, aber dunkle Materie würde direkt passieren 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 sich in diesem Universum befinden und nichts anderes Sie berührt. Ich meine nicht "frei" in einem rechtlichen oder menschenrechtlichen Sinne, sondern frei davon, von äußeren Einflüssen gedrückt oder gezogen zu werden.

Sie können sich das genauso vorstellen wie einen frei im Raum schwebenden Astronauten: Frei in dem Sinne, dass es keinen Boden gibt, auf den Sie sich stützen könnten, keine Luftmoleküle, die gegen Sie drängen könnten, keinen Stuhl, auf dem Sie sitzen könnten, keine anderen Menschen, die Sie berühren könnten Sie. Du bist frei im Universum.

Das bedeutet aber auch, dass Sie, auch wenn wir nicht allzu oft darüber nachdenken, frei sind, von der Schwerkraft herumgeschubst zu werden.

Der längste unverbundene Weltraumspaziergang aller Zeiten des NASA-Astronauten Bruce McCandless an Bord der STS-41-B. Bruce ist im freien Fall, ohne dass ihn etwas berührt. es gibt überhaupt keine äußeren Kräfte auf ihn. Es steht ihm einfach frei, keine anderen Kräfte als die Schwerkraft zu erfahren. (NASA)

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

In unserem wirklichen 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 dies nicht einfach ein ganz flaches Gitter. es würde durch die Anwesenheit all dieser Massen verzerrt werden. Wenn Sie sich allein unter dem Einfluss der Schwerkraft durch das Universum bewegen, bestimmt dieses verzogene Gitter, wie Sie sich bewegen.

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 stetig, 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) in diesem Raum hat.

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

Dies ist alles ein Teil des großen kosmischen Tanzes und ein 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, verändert sich das Raumgefüge. Aber die Schwerkraft bleibt real und zieht uns alle an, als ob wir frei fallen würden.

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

Wenn Sie sich mit ausreichender Geschwindigkeit und in der richtigen Richtung vom richtigen Ort aus bewegen, können Sie eine stabile Umlaufbahn um jede Masse im Universum schaffen.

Wenn Sie jedoch etwas falsch machen, werden Sie auf die Masse zurückgreifen, die Sie umkreisen möchten. Startet eine Rakete ohne ausreichende Geschwindigkeit, fällt sie auf die Erde zurück. Verlangsame einen Planeten zu sehr und er wird in die Sonne fallen. Wenn Sie einen umlaufenden Stern verlangsamen, fällt er in die Mitte 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 Masse, die so dicht, massiv und kompakt ist, dass nichts mehr herauskommt, wenn sie einmal hineinfällt. Selbst bei der ultimativen Geschwindigkeitsbegrenzung des Universums - der Lichtgeschwindigkeit - kann man nicht entkommen.

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

Es gibt eine Reihe sehr eingängiger Dinge, die passieren, wenn Sie sich dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nähern, und die Dinge werden noch schlimmer, wenn Sie ihn überschreiten. Es gibt einen sehr, sehr guten Grund, warum Sie niemals aussteigen können, wenn Sie einmal über diese unsichtbare Barriere gelaufen sind.

Wenn Sie sich sehr weit von einem Schwarzen Loch entfernt befinden, ist das Raumgefüge weniger gekrümmt. Wenn Sie sich sehr weit von einem Schwarzen Loch entfernt befinden, ist seine Schwerkraft nicht von einer 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 Standort erkennen können, ist, dass es an der Anwesenheit einer Masse liegt und nicht an den Eigenschaften oder Verteilungen dieser Masse.

Du fällst einfach frei, so wie du es tun würdest, wenn du dieses Schwarze Loch durch irgendetwas anderes ersetzten würdest. 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 die dunkle Region, aus der kein Licht entweichen kann. (SXS-TEAM; BOHN ET AL. 2015)

Als Sie näher kamen, fühlten Sie etwas Seltsames: eine Kraft, die an Ihrem Körper zieht. 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 die Ozeane der Erde ausbeulen lassen.

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

Selbst wenn Sie als perfekte Kugel begonnen haben, werden 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 verschiedene vom Zentrum entfernte Punkte unterschiedliche Nettokräfte erfahren. Dies führt zu einem

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

Wenn Sie doppelt so nah dran sind wie zuvor, scheint die 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 die im Verhältnis zu der Entfernung, die Sie von ihnen haben, optisch größer zu werden scheinen, scheint dieses Schwarze Loch dank der unglaublichen Raumkrümmung 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 von einem Schwarzen Loch kommt, um dieses herum gebogen und hinterlässt eine große Dunkelscheibe, die dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs entspricht. (UTE KRAUS, PHYSIKBILDUNGSGRUPPE KRAUS, UNIVERSITAT HILDESHEIM)

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

Verglichen mit seiner tatsächlichen physischen Größe wird der Ereignishorizont riesig erscheinen! Im Hintergrund scheinen die Positionen entfernter Sterne katastrophal aus der Form gebogen zu sein, und der Ereignishorizont beginnt, Ihr gesamtes frontales Sichtfeld einzunehmen.

Wenn Sie in ein Schwarzes Loch fallen oder sich einfach nur dem Ereignishorizont nähern, erscheinen Größe und Maßstab des Ereignisses viel größer als die tatsächliche Größe. Wenn ein externer Beobachter zuschaut, wie Sie hineinfallen, werden Ihre Informationen am Ereignishorizont verschlüsselt. Was mit dieser Information passiert, wenn das Schwarze Loch verdunstet, ist immer noch unbeantwortet. (ANDREW HAMILTON / JILA / UNIVERSITÄT VON COLORADO)

Je näher Sie dem Ereignishorizont kommen, desto mehr wird alles vor Ihnen erfasst. Sobald Sie diesen Ereignishorizont überschreiten, ist Ihr Schicksal besiegelt. Es gibt keine Energiemenge, die Sie einsetzen können, die Sie irgendwohin bringt als in die Singularität im Zentrum, die Sie in Sekunden in Ihre subatomaren Teilchen zerquetscht.

Aber du bist noch nicht zum Scheitern verurteilt!

Wenn Sie den Ereignishorizont noch nicht überschritten haben, können Sie dennoch aussteigen. Wenn Sie genügend Beschleunigung in der Nähe des Ereignishorizonts 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 Gefälle zum Zentrum der Schwärze und außerhalb der Regionen gibt, in denen Sie noch Sternenlicht sehen können.

Mit dieser Visualisierung wird das, was Sie sehen, größtenteils richtig dargestellt. Die einzige Ausnahme ist, dass sich die Farbe ändert, wenn Sie in das Schwarze Loch fallen. Das äußere Licht, wenn es hereinfällt, erscheint Ihnen blauer, wenn es auf Ihre Augen trifft, beschleunigt durch die zusätzliche Gravitationskrümmung des Raumes.

Wenn Sie weiter in Richtung Ereignishorizont fallen, wird sich das Sternenlicht hinter Ihnen zu einem winzigen Punkt zusammendrücken und aufgrund der gravitativen Blauverschiebung die Farbe ins Blaue ändern. Im letzten Moment, bevor Sie in den Ereignishorizont übergehen, wird dieser Punkt rot, weiß und dann blau, während die kosmischen Mikrowellen- und Radiohintergründe in den sichtbaren Teil des Spektrums verschoben werden, um Ihren letzten, endgültigen Blick nach außen zu werfen Universum, immer noch davon ausgehend, dass dir nichts anderes einfällt.

Dies wäre die bizarrste, exotischste Ansicht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die jeder sehen könnte: die bläuliche Energie, die von einem einzigen Punkt hinter Ihnen kommt, während 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 von außerhalb des Universums 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 gegangen sind.

Aber Sie würden diese Singularität nicht wirklich sehen, weil dieser stark gekrümmte Raum so seltsam war. Tatsächlich folgt Ihnen Licht von der Außenwelt in das Schwarze Loch und überquert den Ereignishorizont vor Ihnen, nach Ihnen und mit Ihnen. 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 überschreiten den Ereignishorizont ungefähr um die 0:37 im Video.)

Sobald Sie den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs überschritten haben, dauert es nur noch Sekunden, bis Sie in Stücke gerissen sind. Aber in den größten Schwarzen Löchern besteht die Möglichkeit, dass sie woanders hinführen: in ein weißes Loch, in ein anderes Universum oder in eine neue physische 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 es vermeiden können, da das wahrscheinlichste Szenario darin besteht, dass Sie einfach auseinandergerissen und zerquetscht werden. Aber wenn du reingegangen wärst, wärst du der einzige Mensch, der genau weiß, wie es war. Sie sind der erste, der entdeckt, welche Geheimnisse in einem Schwarzen Loch verborgen sind. Sie könnten sich dagegen entscheiden, und das ist wohl die kluge Wahl. Aber wenn du in diesem Universum der Erste sein willst, musst du etwas riskieren, um es herauszufinden. Vielleicht wird einer von Ihnen, der dies liest, der Erste, der es mit Sicherheit weiß.

Senden Sie Ihre Ask Ethan-Fragen an startswithabang at gmail dot com!

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