Video

Prepis

Čierne diery sú najväčšie zbierky čistej nespútanej energie vo vesmíre.

Ak sa príliš priblížite, pohltia vás a pridajú vašu energiu k tej svojej.

A tak je táto energia pre nás stratená navždy.

Alebo nie? Ukazuje sa, že vesmír vie podvádzať.

Spôsob ako zásobovať civilizácie energiou až do smrti všetkého,

alebo ako vytvoriť najväčšiu bombu vo vesmíre.

Ale ako?

Neučili sme sa, že čiernymi dierami je navždy pohltená všetka energia, dokonca aj svetlo?

To je pravda.

Všetko, čo si myslíte, že viete o najpodivnejšej veci vo vesmíre

sa stane ešte podivnejším, a to z jedného jednoduchého dôvodu:

Čierne diery rotujú.

Prečo čierne diery rotujú?

Keď zahynú naozaj obrovské hviezdy, ich jadrá skolabujú vlastnou gravitáciou do čiernych dier.

Znamená to, že niečo veľmi veľké sa stane veľmi, veľmi malým.

Tak ako len niečo v tomto vesmíre malým môže byť.

No hviezdy rotujú a základnou vlastnosťou nášho vesmíru je,

že veci ktoré rotujú, nechcú rotáciu zastaviť.

Voláme to moment hybnosti.

A tento moment hybnosti sa nemôže stratiť.

Veľká vec, ktorá rotuje a zmenší sa, rotuje rýchlejšie.

Takže ak jadro hviezdy skolabuje, hybnosť jeho rotáciu neustále urýchľuje,

až kým neskolabuje do čiernej diery.

A čierna diera v rotácii pokračuje, a to neskutočne rýchlo.

Niektoré z nich rotujú milióny krát za sekundu.

Prečo sú rotujúce čierne diery špeciálne?

Rovnako ako nerotujúce čierne diery,

rotujúce čierne diery majú horizont udalostí a singularitu v jadre,

kde je koncentrovaná všetka ich masa.

Singularita sa obyčajne popisuje ako jeden nekonečne malý bod bez povrchu.

Ale body nemôžu rotovať, takže rotujúca singularita nemôže byť bod.

Namiesto toho je to RINGularita (prstencová singularita).

Ringularita je prstenec s nulovou hrúbkou a bez povrchu, ktorý nesmierne rýchlo rotuje,

a obsahuje všetku hmotu čiernej diery.

Čierna diera rotuje tak rýchlo, že tvaruje samotný čas a priestor.

Doslova ťahá priestor so sebou, taká je jej sila.

To vytvára novú a superpodivnú oblasť priestoročasu

• Ergosféru, ktorá obklopuje čiernu dieru.

Ak sú za horizontom udalostí čas a priestor kompletne rozbité,

potom sú v ergosfére rozbité iba napoly.

V ergosfére nič nedáva zmysel.

Je možné do nej vstúpiť a potom ju opustiť, ale pravdepodobne to nie je veľký zážitok.

Môžete si to predstaviť takto:

pád do statickej čiernej diery je ako kĺzať sa do jamy.

Byť v ergosfére rotujúcej čiernej diery je ako rotovať v smrteľnom víre maelstromu.

Čierna diera prenáša časť svojej kinetickej energie vo forme rotácie

na všetko, čo vstupuje do ergosféry.

Ringularita vás roztancuje, či chcete alebo nie.

Museli by ste sa pohybovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla len aby ste tu zostali bez pohybu,

čo je nemožné.

Ale je tu náš vesmírny podvod: môžeme túto energiu ukradnúť; a energie je u naozaj veľa.

Ako ukradnúť energiu monštru?

Vezmite si takú supermasívnu čiernu dieru v strede Mliečnej cesty.

Môžeme z nej ukradnúť toľko energie,

koľko vyprodukujú všetky hviezdy Mliečnej dráhy dohromady za miliardu rokov.

Najjednoduchší spôsob, ako ukradnúť energiu, pomerne podivne,

je niečo hodiť do čiernej diery.

Videli sme, že keď vstúpime do ergosféry, ringularita na nás prenáša energiu;

je to podobné ako byť vo vodnom víre, s časopriestorom rútiacim sa okolo nás.

Ak ste šikovní, môžete využiť vodu vo svoj prospech a plávať tak rýchlejšie.

V praxi to znamená poslať raketu do ergosféry a urobiť obchod s čiernou dierou:

my jej dáme energiu hmoty a dostaneme od nej rotačnú energiu.

Ale nie je to spravodlivý obchod

• pre nás bude výhodnejší.

Obyčajne keď odpálite raketu, meníte chemickú energiu za energiu kinetickú (pohybovú)

Je to podobné, ako keď plávate v plaveckom bazéne.

Ale ak odpálite raketu v ergosfére, je to ako plávanie v bazéne s vlnami

Rotačná energia vĺn vás postrkuje podstatne silnejšie, než by ste to dokázali sami.

Prídavok rotácie čiernej diery je tak veľký,

že opustíte ergosféru so značne vyššou energiou než s akou ste do nej vstupovali

Čierna diera vám predá drobné množstvo svojej rotačnej energie a nepatrne sa spomalí.

Samozrejme to vyžaduje veľké množstvo jedla.

Našťastie čierne diery nie sú prieberčivé.

Vyspelá civilizácia budúcnosti by pravdepodobne mohla zbierať asteroidy

a hádzať ich do čiernej diery v prípade potreby.

Ale existuje ešte lepší spôsob ako dostať energiu z čiernej diery;

a napodiv to je vytvorenie tej najväčšej bomby, akú si živý tvor môže postaviť.

Bomba z čiernej diery

Na postavenie bomby potrebujeme len dve veci: rýchlo rotujúcu čiernu dieru a veľké zrkadlo.

Zrkadlo musí čiernu dieru kompletne obklopiť,

podobne ako Dysonova sféra, megaštruktúra, ktorá zbiera energiu celej hviezdy

Aj keď naše zrkadlo sa bude budovať jednoduchšie.

Zrkadlá sú jednoduchšie a čierne diery sú oveľa, oveľa kompaktnejšie ako hviezdy.

Ak vyrobíme zrkadlo hrubé 10 cm,

kov z veľkého asteroidu bude stačiť na čiernu dieru s hmotnosťou Slnka.

Keď bude zrkadlo na mieste, stačí už iba “otvoriť okno” a vystreliť do čiernej diery elektromagnetické vlny.

Čo sa stane, si možno predstaviť ako hodenie lopty o múr a jej návrat rýchlejší ako guľka.

Vlny zasiahnu čiernu dieru rýchlosťou svetla.

Ich malá časť “prepadne” cez horizont udalostí a zmizne naveky.

Ale oveľa väčšie množstvo sa prevalí cez ergosféru,

…kde na ne čierna diera prenesie časť svojej rotačnej energie a zosilní ich.

Začne u nich dochádzať k superradiačnému rozptylu, čo je módny vedecký pojem znamenajúci:

“opakované odrážanie medzi zrkadlom a čiernou dierou a ich zosilňovanie”

Zakaždým, keď “prejdú okolo”, exponenciálne zosilnejú.

Otvorením “okien” v zrkadle môžeme z týchto vĺn extrahovať energiu tak rýchlo, ako rastie.

Čo môžeme teoreticky použiť na vytvorenie nekonečného zdroja energie na bilióny rokov.

Alebo to môžeme “vyhodiť do vzduchu”.

Ak vlny nebudú uvoľnené, ich energia bude neustále narastať

…a brať z čiernej diery viac a viac energie, až kým sa zrkadlo nerozpadne.

Supermasívna čierna diera môže uvoľniť množstvo energie podobné výbuchu supernovy,

…čo z nej urobí bombu s najväčšou explozívnou silou, akú vôbec dokáže živý tvor vytvoriť.

Posledný domov v umierajúcom vesmíre

Krása bomby z čiernej diery, Penroseovho procesu a superradiačného rozptylu je v tom, že sa nejedná o scifi.

Vo veľmi vzdialenej budúcnosti to môže byť jediná cesta, ako prežiť v našom umierajúcom vesmíre.

Keď všetci červení trpaslíci vychladnú a všetci bieli sa transformujú na čiernych,

vesmír sa navždy ponorí do tmy.

Rotujúce čierne diery môžu byť jedinými zdrojmi energie v celom vesmíre, ktoré život dokáže získať.

Ak áno, posledný živý tvor môže jedného dňa ukončiť svoju púť pri čiernej diere.

Čo je rovnako mrazivé ako povzbudzujúce.

Ukazuje sa, že dokonca aj bez svetla existujú miesta, kam sa možno uchýliť.

Čierne diery sú rovnako zaujímavé ako záhadné, no toho, čo vieme, je prekvapivo veľa.

Použitím matematiky môžme spočítať veci a prichádzať s teóriami o tom,

ako zomrieme, ak do nich padneme.

Ak ste typ človeka, ktorého matematika baví a chcete si to spočítať sám pre seba,

naši priatelia v Brilliant-e dali dohromady fantastický kvíz o čiernych dierach, ktorý vám s tým pomôže

Brilliant je web stránka, ktorá vás naučí myslieť ako vedec tým, že vás prevedie cez problémy.

Vezmú koncept ako je tento, rozdelia ho na drobné,

ukážu spôsob myslenia pri každej časti a potom ho opäť zostavia so zaujímavým výsledkom.

Ak navštívite Brilliant.org/nutshell alebo kliknete na link v popise,

môžete sa zadarmo registrovať a naučiť sa množstvo fajn vecí.

Ako bonus pre divákov Kurzgesagt, prvých 688 ľudí dostane navyše 20% zľavu z ročného členského.

Ak sa chcete o čiernych dierach naozaj niečo naučiť a podporiť Kurzgesagt, je toto jedna z najlepších ciest.