Jdi na obsah Jdi na menu
 


Horizont událostí

Myšlená kulová „plocha“ obklopující hmotu černé díry se označuje jako horizont událostí. Na úrovni horizontu událostí je úniková rychlost rovna rychlosti světla. Neobyčejně silné gravitační pole brání všemu uvnitř horizontu událostí uniknout přes jeho povrch. Cokoliv z vnějšku se může propadnout přes horizont událostí, ale nikdy tomu nemůže být naopak. Výjimkou jsou jen kvantově mechanické procesy v těsné blízkosti horizontu, které umožňují vznik virtuálníchpárů částic a antičástic. Ty vedou například k efektu tzv. vypařování černých děr. Ani v tomto případě ale částice přímo neunikají zpod horizontu událostí - proces „vypařování“ je založen na jiných principech. Velikost horizontu událostí udává Schwarzschildův poloměr. V této vzdálenosti od středu nerotující černé díry dosahuje úniková rychlost hodnoty rychlosti světla ve vakuu. Určování Schwarzschildova poloměru vychází z rovnic obecné teorie relativity. Stejný výsledek ale dostaneme i v případě, že vyjdeme z představ klasické mechaniky. Pro dané gravitační pole a danou pozici je úniková rychlost minimální rychlostí, která dovoluje tělesu dostat se do nekonečné vzdálenosti (gravitační pole nebude schopno těleso přitáhnout zpět).



 

„Černé díry nemají vlasy“

Z jistých dobře odůvodněných předpokladů vyplývá, že černé díry nemají žádné pozorovatelné vlastnosti, které by byly použitelné k objasnění jejich „vzhledu“ uvnitř. Podle obecné relativity můžeme černé díry úplně charakterizovat třemi parametry: hmota, moment hybnosti a elektrický náboj. (Čtvrtou teoreticky přípustnou vlastností je magnetický náboj, ten však v přírodě pozorován nebyl.) Tento princip se shrnuje frází „černé díry nemají vlasy“ kterou prvně vyslovil John Wheeler. Toto tvrzení se dokazuje v klasické teorii -teorie kvantová připouští i jiné náboje (jako např. podivnost, za normálních okolností charakterizující elementární částice). Ty se však mohou projevit až v dostatečné blízkosti horizontu událostí a nemají astrofyzikální význam.



Zpomalování času

Objekty v gravitačním poli jsou vystaveny zpomalení času, nazývaného dilatace času. Tento fenomén byl experimentálně potvrzen při pokusu s raketou Scout v roce 1976 a bere jej v úvahu například i navigační systém GPS. V blízkosti horizontu událostí černé díry se dilatace času projevuje velmi výrazně. Uvažme dva pozorovatele, kteří mají každý své hodinky seřízeny stejně. Z pohledu vzdáleného pozorovatele to vypadá tak, jako by padajícímu pozorovateli trvalo přiblížení k horizontu událostí nekonečně dlouho. Světlo vycházející z padajícího pozorovatele má zvětšující se spektrální rudý posuv, který je u horizontu událostí rovennekonečnu. Protože v důsledku dilatace času běží čas na hodinkách s pozorovatelem padajícím na černou díru a pozorovatelem vzdáleným různě, vzniká efekt, kdy pozorovatel na černou díru dopadá z hlediska vlastního času normálně, zatímco z hlediska toho, který jej pozoruje, se přiblížení k horizontu událostí jeví nekonečně dlouhé.



Singularita

Obecná relativita předpovídá, že v centru černé díry, pod horizontem událostí, existuje singularita - místo, kde je zakřivení prostoročasu nekonečné a gravitační síly jsou nekonečně velké. Prostoročas pod horizontem událostí je specifický tím, že singularita je v každé z pozorovatelných budoucností každého objektu, který projde horizontem událostí, a tedy, že se vše uvnitř horizontu událostí pohybuje směrem k ní. To znamená, že mezi původním návrhemJohna Michella z roku 1783 a relativistickým pojetím černé díry je konceptuální nesrovnalost. V Michellově teorii se úniková rychlost rovnala rychlosti světla, ale bylo například stále teoreticky možné vytáhnout objekt z černé díry pomocí lana. Obecná relativita tuto mezeru eliminuje, protože jakmile je objekt za horizontem událostí, jeho časová osa obsahuje konec samotného času a není možný návrat světočáry ven přes horizont událostí.

 

 

Úniková rychlost

Je rychlost, kterou se pohybuje po parabolické dráze kolem centrálního tělesa v dané výši těleso zanedbatelně malé hmotnosti. Je to nejnižší možná rychlost, při které těleso může definitivně opustit sféru gravitačního vlivu planety.

Velikost únikové rychlosti vu v daném místě závisí na hmotnosti centrálního tělesa M a na vzdálenosti r od středu tohoto tělesa podle vztahu.

Obrazek

Kde κ je gravitační konstanta a μ je gravitační parametr centrálního tělesa.

 

 

Ze vzorce je zřejmé, že úniková rychlost s výškou klesá. 

 

Jistým zvláštním případem je takzvaná černá díra, kde úniková rychlost je (teoreticky) větší nežli rychlost světla, která však nemůže být překročena; proto vše, co překročí horizont událostí, zůstává z dnešního hlediska nenávratně uvnitř černé díry (a je tedy z venčí nepozorovatelné).