Mi az oka a fekete lyuk és eseményhorizont időtorzításának?

A fekete lyuk egy érdekes objektum az univerzumunkban.

Tegyük fel, hogy Te, mint külső szemlélő távcsővel nézed a fekete lyukat. Azt látod, hogy egy test elkezd zuhanni felé, mondjuk 100 km-es távolságból. Ettől a ponttól Te a felszínéig tartó távolságot 100.000 méternek látod. Valójában a fekete lyuknak olyan borzalmasan nagy gravitációja van, hogy összegyűri, összesűríti a teret is maga körül. Tehát az általad 100.000 méternyinek látott távolság valójában ennél jóval több. Az első méter az egy méter valójában. Az általad az egy és két méter közötti egy méteres szakasz a valóságban már két méter hosszú (a méterrúd a felére rövidül meg az erős gravitáció hatására). Amit te a következő egy méternek látsz, az a valóságban már 4 méter hosszú (a méterrúd a negyedére zsugorodik), és így tovább. Tehát minél közelebb kerül a zuhanó test az eseményhorizonthoz (továbbiakban EH), annál nagyobb távolságon kell keresztülesnie a zuhanása közben. (A valóságban közel sem így vannak az értékek, a pontos értékeket integrálszámítással lehet meghatározni. Csak azért írtam így, hogy körülbelüli fogalmad legyen róla, hozzávetőlegesen hogyan működik a tér mechanizmusa a nagy tömegű objektumok közelében. Pont emiatt görbül el a fénysugár is, amikor egy nagy tömegű objektum közelében halad el.)

Tehát, minél közelebb ér az adott, zuhanó tárgy a zuhanása közben az EH-hoz, annál nagyobb és nagyobb távolságot kell megtennie, ahogy egyre közelebb zuhan a fekete lyukhoz. (Amint elérné az EH-ot, ez az "átzuhanandó" távolság is a végtelen felé kezd tartani.)

Namost, amikor Te nézed ezt a zuhanó testet, akkor valójában a róla induló (visszaverődő) fénysugarakat látod. Minél inkább megközelíti a tárgy az EH-ot, annál nagyobb sebességre tesz szert, vagyis egyre nagyobb sebességgel távolodik tőled, ahogy zuhan az EH felé. Tehát a róla visszaverődő fénynek is egyre nagyobb távolságot kell leküzdenie ahhoz, hogy róla a szemedbe juthasson. A fénysugaraknak van egy olyan tulajdonsága, hogy tőled minél nagyobb sebességgel távolodó dologról jut a szemedbe, annál inkább lecsökken a frekvenciája, annál inkább megnyúlik a hullámhossza, ezzel együtt pedig az energiája is egyre jobban lecsökken. Ez a jól ismert Doppler-effektus hatása.

Tehát ahogy nézed a zuhanó tárgyat, úgy kezd a színe egyre inkább a vörösbe hajlani, majd elfeketedni, mert a róla a szemedbe érkező elektromágneses hullámok kezdenek az elektromágneses spektrumnak az emberi szem számára nem érzékelhető tartományába "átcsúszni". A zuhanó, és közben egyre gyorsuló testről a szemedbe érkező fénysugarak először mikrohullámú sugárzássá válnak, aztán rádióhullámokká, majd hosszúhullámokká, míg végül a hullámhossz úgy megnyúlik, "kisimul", hogy érzékelhetetlenné válik a külső megfigyelő számára.

Az eseményhorizonton a tér annyira besűrűsödik, hogy a távolságok végtelenné válnak, tehát az EH-ot elérő testnek végtelen távolságot kellene megtennie a további zuhanása közben. A sebessége elérné a fénysebességet, ami által a tömege végtelenre duzzadna. A róla induló fénysugaraknak kvázi végtelen távolságon kellene keresztülhaladniuk, hogy a szemedbe jussanak, és a hullámhosszuk is végtelen hosszúvá válna, így a frekvenciájuk, egyben az energiájuk is a 0-hoz tartana. Ezen dolgok miatt az EH az a pont az univerzumban, ahol a világunk folyamatait egyébként nagyon pontosan leíró relativitáselmélet befuccsol, csődöt mond, mert a képleteiben lévő értékek egy része a 0-hoz, más része a végtelenhez kezd tartani, ezekkel viszont nem tudunk számolni.

Tehát minél közelebb ér egy test az EH-hoz, annál hosszabb ideig tart, mire a róla induló fénysugarak a szemedbe jutnak. De ezek a fénysugarak arányosan egyre kisebb energiát is hordoznak. Tehát amint elérné a test az EH-ot, ott valóban végtelen ideig látszódna, ám a róla a szemedbe érkező fénysugarak energiája is végtelen kicsivé válna, vagyis érzékelhetetlenné válik a test a külső megfigyelő számára. Ezért nem látszódik az örökkévalóságig a fekete lyukba zuhanó test.

Hát nagyon pongyolán fogalmazva valami hasonló a helyzet, igen. Megspékelve azzal, hogy minél lassabban játszod le a felvételt, arányosan annál kisebb fényerőre is állítod a képernyőt. Tehát mire olyan lassúra csökken a felvétel sebessége, hogy megáll egy képkockán, addigra a fényerő is nullára csökken.

A poén az az egészben, hogy ebből elvileg a zuhanó test semmit sem tapasztal, számára az idő pont úgy telik, mint neked odafenn a távcsöved mögött kucorogva. Helyesebben annyit érzékel, hogy ha eléggé megközelíti az EH-ot, akkor az EH-hoz közelebb lévő részeire nagyobb gravitációs vonzóerő hat, mint az EH-tól távolabb lévő részeire, ráadásul ilyen borzalmasan nagy gravitáció mellett már az idő is lassabban telik az EH-hoz közelebb eső részei számára. Tehát már az önmagát alkotó részek, atomok sajátidejei között is egyre jelentősebbé válik az "időtelési sebesség", ahogy közeledik az EH-hoz. Ezért aztán felaprózódik, széttöredezik, atomjaira, majd még kisebb alkotóelemeire szakad szét az általad nézett objektum.

Persze, mindez csak elméleti szinten működik így, egy olyan fekete lyuknál, amelyik nem forog és nem halad a térben (a beléje zuhanó objektumhoz és a megfigyelőhöz képest sem). Ilyen fekete lyuk pedig nincs, mind forog a tengelye körül, méghozzá olyan sebességgel, hogy az eseményhorizontja a fénysebesség jelentős hányadával kerüli meg a középpontját. Ettől aztán az őt körülvevő tér is valószínűleg spirálszerűen feltekeredik a fekete lyukra. Hogy ez mit is jelenthet tulajdonképpen, azt már a fantáziádra bízom, mert szerintem nincs ember a földön, aki ezt képes lenne felfogni :)