Jak se padá do černé díry?

Když se řekne černá díra, mnohým lidem se vybaví zlověstný objekt, který s gustem pohlcuje vše v okolí, jinak řečeno nic, s čím bychom si měli zahrávat. Ve skutečnosti se nejedná o nic drasticky odlišného od ostatních objektů ve vesmíru. Tedy až na obrovskou hmotnost a miniaturní rozměry. Jak by to vypadalo, kdybychom se jí přiblížili?

Černé díry dostaly tak trochu nešťastný název, protože s děrami, tedy něčím, do čeho neopatrný člověk může spadnout, nemají nic společného. Až do roku 1967 se užíval výraz “gravitačně zkolabované hvězdy”. Tento termín používal i slavný americký vědec J. A. Wheeler na jedné z konferencí konaných v Goddardově institutu pro vesmírná studia v New Yorku. Z obecenstva se po jeho popisu ozvalo, že jsou to “takové černé díry” a Wheeler se tohoto pojmenování ujal a následně jej zpopularizoval.

Speciál Vesmír pohledem Jany Poeldnikové

Za trochu nešťastný název tak vděčíme dnes již anonymnímu fyzikovi. Nejedná se o žádné skutečné díry, kterými bychom někam mohli propadnout. Naopak, jedná se o superhmotné a supermalé objekty, které mají tak silné gravitační pole, že z jeho působení neuniknou ani fotony, tedy částice světla. Vzhledem k tomu, že fotony jsou médiem, skrz které poznáváme blízký i vzdálený vesmír, jsou nám černé díry tak trochu zapovězeny. To však neznamená, že s nimi nemůžeme dělat myšlenkové experimenty.

Počítačová simulace černé díry. Černá díra nikdy nebude blokovat pohled na okolní vesmír, protože ohne všechno světlo, které se tak dostane k pozorovateli. Budeme ale moci pozorovat různé deformace objektů. Zdroj Alain Riazuelo

Jak by to tedy vypadalo, kdybychom padali na černou díru (předložka “do” zde má pramalý smysl)? Protože zde hlavní slovo má gravitace, musíme si uvědomit, že budeme silně pociťovat efekty teorie relativity, jako jsou prodlužování času (dilatace času) a deformace rozměrů (kontrakci délek). Pro jistotu si představme, že jsme nezničitelní, je to trochu bezpečnější.

O autorce: Jana Poledniková (*1987) vystudovala obecnou fyziku a astrofyziku na Masarykově univerzitě v Brně. Doktorské studium tráví na Instituto de Astrofysica de Canarias na Tenerife, kde se snaží proniknout do tajů vzdálených supermasivních černých děr. Kromě pracovního studia se věnuje spoluorganizaci Fyzikálního korespondenčního semináře (FYKOS) pro nadané středoškoláky Černá díra, na kterou budeme padat, má hmotnost okolo deseti sluncí a Schwarzchildův poloměr, tedy oblast, ze které na černou díru spadneme, 30 km. Pro podobný heroický čin samozřejmě potřebujeme svědky. V bezpečné vzdálenosti si umístíme figuranta, který náš pád bude pozorovat. Budeme k němu v sekundových intervalech vysílat bliknutí laserového ukazovátka, třeba zeleného.

To co bude náš figurant pozorovat, budou zvětšující se intervaly mezi zabliknutími, a zelené světlo se přesune do červené části spektra, díky zvětšující se vzdálenosti a díky obtížnějšímu úniku světla z gravitačního pole. Ve chvíli, kdy dosáhneme dva Schwarzchildovy poloměry (horizont událostí) se čas mezi jednotlivými bliknutími protáhne donekonečna a signál se stane tak slabý, že je neviditelný. Pro našeho figuranta jsme zmrazeni v čase.

Jak bychom cítili pád?

Co ale cítíme přímo my při onom pádu? Zpočátku nic neucítíme, takže ani nezjistíme, že na něco padáme, respektive, že jsme něčím přitahováni. Poslušně vysíláme každou vteřinu signál (a naivně si myslíme, že opravdu každou vteřinu dorazí k našemu figurantovi). Po nějakém čase začneme pociťovat, že jsme podélně natahování a naopak stlačováni v šířce. Gravitace totiž působí mnohem silněji na naše nohy, než na hlavu. Rozdíl v gravitaci na pouhém 1.80 m je obrovský. V praxi to znamená, že pokud bychom nebyli nezničitelní, už pěkně daleko od černé díry bychom byli roztrhaní na malé kousíčky.

Za milisekundu urazíme stovky kilometrů. Jakmile zmizíme za horizont událostí, čas pro nás pokračuje stále normálně, zatímco pro figuranta jsme v čase zmrazení. Problém je tak trochu v tom, že už se nikdy nedostaneme ven. Navíc náš výhled nebude bůhvíjaký, neboť okolo bude tma. Jediné světlo, co uvidíme, bude to, které na černou díru dopadá za námi, samotnou černou díru prostě nikdy neuvidíme (to z tohoto výletu do jejího nitra dělá poměrně nelákavý byznys). Co víc, jakmile projdeme horizontem událostí, celý pád bude trvat už jen zlomek milisekundy.

Takhle se padá na černou díru:

Rozdíl ve vnímání reality je způsoben relativistickými efekty, které jsou v přítomnosti černých děr poměrně markantní. Shrnuto a podtrženo – pád na černou díru za obětování života nestojí, výhled není bůhvíjak úžasný.