Video

Transcriptie

Zwarte gaten zijn de grootste collecties van pure energie in het universum.

Als je te dichtbij komt, verslinden ze je en voegen ze jouw energie toe aan hun collectie.

Op die manier raken we de energie voor eeuwig kwijt.

Of niet? Het blijkt dat er een universum-cheat code is.

Een manier waarmee we beschavingen van energie kunnen voorzien tot het einde der tijd,

…of waarmee we de grootste bom in het universum kunnen maken.

Maar hoe?

Hebben we niet geleerd dat alle energie voor eeuwig in zwarte gaten gevangen blijft, zelfs licht?

Dat klopt.

Alles wat je denkt te weten over het vreemdste ding in het universum staat op het punt vreemder te worden, om één simpele reden:

Zwarte gaten draaien.

[Kurzgesagt] [In een notendop]

Waarom zwarte gaten draaien.

Wanneer hele grote sterren sterven, storten hun kernen in onder hun eigen zwaartekracht, en veranderen in zwarte gaten.

Dit betekent dat iets heel groots, heel klein wordt. Zo klein als iets maar kan worden in dit universum.

Maar sterren draaien, en een fundamentele eigenschap van ons universum is dat dingen die draaien niet willen stoppen met draaien.

We noemen dit: Het impulsmoment

Dit impulsmoment kan niet weggaan. Een groot ding dat draait en kleiner wordt, gaat harder draaien.

Dus, als de kern van een ster instort, zorgt het moment ervoor dat het harder gaat draaien, totdat het instort tot een zwart gat.

En het zwarte gat blijft maar draaien, onbegrijpelijk snel.

Sommigen draaien wel miljoenen keren per seconde.

Waarom draaiende zwarte gaten speciaal zijn.

Net als niet-draaiende zwarte gaten,

…hebben draaiende zwarte gaten een waarnemingshorizon met een singulariteit in hun kern waar alle massa is geconcentreerd.

De singulariteit wordt meestal beschreven als een oneindig klein punt zonder oppervlakte.

Maar een punt kan niet draaien, dus een roterende singulariteit kan geen punt zijn.

In plaats daarvan, is het een RINGulariteit.

Een ringulariteit is een ring met een dikte van nul en geen oppervlakte, die heel snel draait en alle massa van het zwarte gat bevat.

Het zwarte gat draait zo snel, dat het ruimte en tijd vervormt.

Het trekt ruimte met zich mee, zo groot is zijn kracht.

Dit creëert een nieuw en super vreemd gebied in ruimtetijd: De ergosfeer, dat het zwarte gat omvat.

Als ruimte en tijd helemaal niet werken binnen de waarnemingshorizon, werken ze maar half binnen de ergosfeer.

Binnen in de ergosfeer is niks logisch.

Het is mogelijk de sfeer binnen de gaan en weer te verlaten, maar het is waarschijnlijk geen fijne ervaring.

Je kan het je zo voorstellen: In een stilstaand zwart gat vallen is als een kuil in glijden.

In de ergosfeer van een draaiend zwart gat zijn is als in een dodelijke draaikolk terechtkomen.

Het zwarte gat draagt zijn eigen kinetische energie in de vorm van rotatie over aan alles dat de ergosfeer binnengaat.

De ringulariteit laat je dansen of je het nou wil of niet.

Je moet hier sneller bewegen dan de snelheid van het licht om alleen al stil te staan, wat onmogelijk is.

Maar hier is onze cheat-code: We kunnen deze energie stelen; en er is een hoop energie om te stelen.

Hoe je energie van een moster moet stelen.

Neem het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg bijvoorbeeld.

We kunnen er zoveel energie van stelen als de energie die iedere ster in de Melkweg uitstraalt in een miljard jaar, gecombineerd.

De makkelijkste manier om deze energie te stelen is, gek genoeg, door iets in het zwarte gat te laten vallen.

We hebben gezien dat de ringulariteit kracht op ons uitoefent wanneer we de ergosfeer binnengaan,

…wat veel lijkt op in een draaikolk zijn, terwijl ruimtetijd om je heen vliegt.

Als je slim bent kan je het water in je voordeel gebruiken, en sneller zwemmen dan voorheen.

In de praktijk betekent dit een raket de ergosfeer in sturen en een ruil maken met het zwarte gat.

Wij geven het wat massa-energie en het geeft ons wat van zijn rotatie-energie.

Maar het is geen eerlijke ruil, wij krijgen het beste van de ruil.

Normaal gesproken, als je een een raket lanceert, ruil je chemische energie voor kinetische energie.

Dit is net als jezelf vooruit duwen in een zwembad.

Maar als je een raket de ergosfeer in lanceert, is het alsof je jezelf vooruit duwt in een golfslagbad.

De rotatie-energie van de golven geeft je een grotere zet dan je zou kunnen krijgen door alleen jezelf te duwen.

De zet die je krijgt van de rotatie van het zwarte gat is zo groot, dat je de ergosfeer uit gaat met meer energie dan toen je erin ging.

Het zwarte gat geeft een klein deel van zijn rotatie-energie aan jou, en wordt een beetje trager.

Je hebt hier natuurlijk veel voedsel voor nodig.

Gelukkig zijn zwarte gaten geen moelijke eters.

Een geavanceerde toekomstige beschaving zou waarschijnlijk asteroiden verzamelen om ze in het zwarte gat laten vallen wanneer ze meer energie nodig hebben.

Maar er is een nog betere manier om energie van een zwart gat te krijgen en vreemd genoeg bouwt dat de grootste bom die een levend wezen ooit kan hopen te bouwen.

De zwart-gat-bom

We hebben maar twee dingen nodig om een zwart-gat-bom te maken: een snel draaiend zwart gat, en een spiegel.

De spiegel moet het hele zwarte gat omvatten,

…wat lijkt op een Dysonbol, een mega-bouwsel dat de energie van een gehele ster verzamelt.

Maar een spiegel is makkelijker te bouwen.

Spiegels zijn simpeler, en zwarte gaten zijn veel kleiner dan sterren.

Als we de spiegel 10 cm dik zouden maken, zou het metaal van een grote asteroide waarschijnlijk genoeg materiaal zijn voor een zwart gat met de massa van onze zon.

Als onze spiegel eenmaal op zijn plek is doen we een raam open en schieten we elektromagnetische golven naar het zwarte gat.

Je kan je voorstellen wat er dan gebeurt door te verbeelden dat je een bal tegen een muur gooit die sneller dan een kogel terugstuitert.

De golven raken het zwarte gat met lichtsnelheid.

Een klein deel van de golven valt langs de waarnemingshorizon om voor eeuwig verloren te raken.

Maar een veel groter deel klotst door de ergosfeer,

…waar het zwarte gat rotatiekracht op hen uitoefent en ze versterkt.

Ze beginnen nu met superstraalverstrooiing, een duur wetenschapswoord dat betekent:

“Rondstuiteren tussen het zwarte gat en de spiegel en sterker worden.”

Iedere keer dat ze rondgaan wordt hun kracht exponentieel groter.

Door wat raampjes open te doen kunnen we even snel energie openmen van de golven als dat ze groeien,

…die we in theorie kunnen gebruiken om een oneindige bron van energie te maken voor biljoenen jaren.

Of, we zouden het kunnen opblazen.

Als de golven niet ontsnappen zullen ze steeds sterker worden,

…en steeds meer energie van het zwarte gat opnemen, totdat de spiegel barst.

Een superzwaar zwart gat zou net zo veel energie laten ontsnappen als een supernova,

…wat de bom het grootste explosief zou maken dat een levend wezen ooit kan creëren.

Het laatste thuis in een stervend universum.

De pracht van een zwart-gat-bom, het Penrose proces en superstraalverstrooiing is dat het geen science-fictie is.

In de verre toekomst is dit misschien de enige manier om in ons stervende universum te overleven.

Nadat alle rode dwergen zijn afgekoeld, en alle witte dwergen in zwarte dwergen zijn veranderd, zal het universum voor eeuwig donker worden.

Draaiende zwarte gaten zijn misschien de enige energiebronnen in het hele universum die leven zou kunnen gebruiken.

Als dat zo is, zal het laatste levende wezen ooit misschien zijn leven eindigen naast een zwart gat.

Wat zowel huiveringwekkend als bemoedigend is.

Het blijkt dus dat zelfs zonder licht er nog plekken zijn waar we terecht kunnen.

Zwarte gaten zijn even interessant als mysterieus, maar er is eigenlijk een verassende hoeveelheid die we wel weten.

Dankzij wiskunde kunnen we dingen berekenen en bedenken we theorieën over hoe we dood gaan als we er in vallen.

Als jij het type persoon bent dat opgewonden wordt van wiskunde en deze dingen zelf berekenen,

…dan hebben onze vrienden bij Brilliant een geweldige zwart gat-quiz voor je gemaakt om je te helpen ze beter te begrijpen.

Brilliant is een probleem-oplossingswebsite die je leert te denken als een echte wetenschapper, door je door de problemen te leiden.

Ze nemen concepten als deze, breken ze op in kleine stukjes, presenteren helder denken in ieder gedeelte, en bouwen dan weer op tot een interessante conclusie.

Als je Brilliant.org/nutshell bezoekt, of op de link in de beschrijving klikt, kun je je gratis opgeven en allerlei interessante dingen leren.

En als een bonus voor Kurzgesagt kijkers, krijgen de eerste 688 mensen ook 20% korting up hun jaarlijkse lidmaatschap.

Als je echt wilt leren over zwarte gaten en Kurzgesagt wilt ondersteunen, is dit de beste manier om dat te doen.