Чему можно было научиться?

Есть так много вещей, которые вы могли бы изучить, глядя на черную дыру. Их окружает множество открытых или частично нерешенных проблем:

• Существует ли излучение Хокинга ? Хотя это было предсказано теоретически, прямых доказательств не хватает — ну, их вообще нет. Черные дыры звездной массы — не лучшие цели, первичные черные дыры лучше, но никогда не знаешь наверняка. Экстремальные измерения с близкого расстояния могут дать результаты.
• Как образуются астрофизические джеты из аккреционных дисков? Джеты присутствуют вокруг многих объектов, включая черные дыры (при наличии аккреционного диска), но точный механизм их образования неизвестен. Преобладающей гипотезой является процесс Бландфорда-Знайека , но это еще предстоит подтвердить.

• Является ли общая теория относительности точной? Все свидетельствует в его пользу, но дополнительные эксперименты никогда не помешают. Многие тесты общей теории относительности можно повторить вблизи черной дыры, где релятивистские эффекты чрезвычайно сильны. Испытания могут включать

  • Гравитационное линзирование , искривление света массивным объектом.
  • Гравитационное красное смещение , изменение длины волны/частоты света вблизи массивного объекта.
  • Перетаскивание кадра , что важно вблизи вращающихся массивных объектов.

  Мы также могли бы проверить альтернативные теории гравитации и, возможно, исключить некоторые из них.

• Черные дыры вообще существуют? Хотя существует довольно много свидетельств существования черных дыр или объектов, подобных черным дырам, были предложены альтернативы или модификации, в том числе

  • Вечно разрушающиеся объекты
  • Магнитосферные вечно коллапсирующие объекты
  • Черные звезды
  • Пушистики
  • Звезды темной энергии
  • Гравастары

  Многие из этих идей дикие, а некоторые невозможно проверить с помощью наблюдений за черными дырами (или «чернодыроподобными объектами»).

• Потеряна ли информация внутри черных дыр? Информационный парадокс черной дыры — известная проблема в общей теории относительности, квантовой механике и физике в целом — спрашивает, теряется ли «информация» о физических состояниях внутри черной дыры. Это имеет последствия для теории струн , среди других областей.
• Существуют ли голые сингулярности ? Гипотеза космической цензуры утверждает, что это не так; наблюдение за вращающейся ( керровской ) черной дырой может дать нам больше информации об этом. Гравастары также обеспечивают решение парадокса; если черные дыры на самом деле являются гравазвездами, то парадокс может быть решен. Отличаются ли эти два явления с точки зрения наблюдения — более сложный вопрос.

Зачем посылать людей?

Теперь все это могут делать компьютеры, а не люди. Так зачем посылать людей, которым нужен этот надоедливый воздух, еда, вода, утилизация отходов, системы жизнеобеспечения, страхование жизни и т. д.? Хороший вопрос. Вот мои ответы:

• Это хорошая реклама. Вы бы предпочли быть первой страной/компанией, отправившей зонд к черной дыре, или первой страной/компанией, отправившей отважных и смелых исследователей в запредельное, чемпионов нашего вида, смело отправившихся туда, куда не ступала нога человека? до? Признай это; второй звучит намного лучше. Да, астронавтам придется столкнуться с большим риском. Но желающих это сделать будет предостаточно.

• Общение затруднено, и люди могут принимать решения на месте. Свет распространяется с конечной скоростью, и в астрономических масштабах это неприятно. Свету требуется 8 минут, чтобы добраться до Земли от Солнца (одна астрономическая единица или а.е.). Солнечная система намного больше — даже Нептун находится в 30 астрономических единицах от Солнца. Эта черная дыра, вероятно, находится дальше, особенно если она не вызовет нарушения работы системы (маловероятно, если только она не находится очень далеко).

  Поэтому вы можете либо заранее запрограммировать маршрут, либо отправить людей, которые смогут принимать решения на месте. Управление полетами не будет там, чтобы контролировать компьютеры корабля через эту штуку, и у людей есть определенная способность решать проблемы, когда что-то идет не по плану.

Нет смысла посылать пилотируемую миссию!

Как заметил @ HDE22686, с черными дырами связано много интересных явлений. Учитывая возможность изучить его вблизи, вполне вероятно, что миссии будут отправлены. Однако описание всех крутых явлений, связанных с черными дырами, означает только то, что они будут изучены , а не то, что люди будут там их видеть.

Так с какой стати отправлять человека в черную дыру?

• Человеческая ошибка влияет на данные Нет смысла посылать людей, способных ошибаться, на борт этого зонда, когда на карту поставлена ​​значительная сумма денег .
• Черные дыры смертельны : любой просчет в траектории зонда может привести к гибели людей за миллионы миль от дома — стоит ли это того? Кроме того, с черными дырами связано экзотическое излучение. Безопаснее всего не играть с этим.
• Вместо этого мы можем послать другие организмы : если дело в том, чтобы увидеть влияние черных дыр на живую ткань, почему бы не послать крыс? Или собак? Или шимпанзе? Или образец человеческой плоти, поддерживаемый системой жизнеобеспечения?
• Несколько беспилотных зондов уменьшают вероятность неточности : хотя машины могут выйти из строя — например, недавно потерпевший крушение марсоход, который был сбит из-за сбоя — многие агентства, способные отправить зонды , будут делать это , а это означает, что собранные данные в целом будут отражать правду. Сравните это с несколькими зондами с людьми на борту.
• Миссии — это пролет : когда мы отправляем космические корабли за пределы Солнечной системы для наблюдения за удаленными объектами, мы никогда не собираемся возвращать их обратно — и даже если бы захотели, это очень дорого! Первые несколько поколений марсианских колонистов застрянут на Марсе навсегда, потому что мы не готовы платить за корабли, способные покинуть Марс после приземления. Имея это в виду, зачем нам отправлять людей из Солнечной системы, а затем пытаться вернуть их обратно?
• Машины компетентны, и им не нужно принимать важные решения : в то время как люди могут принимать решения на месте, зонд с основными датчиками, движением и аппаратурой способен управлять собой. Не возникнет ситуации, когда только человек мог бы решить, что делать.

В заключение, мы будем убивать людей — которые могут испортить миссии — странными и потенциально жестокими способами, за миллионы миль от дома, без шансов на возвращение — тогда как машины смогут выполнять эту работу еще лучше. Миссии? Да! Люди? нет .

Для науки!

В настоящее время у нас есть две основные теории физики:

• Общая теория относительности об очень тяжелых вещах и гравитации.
• Квантовая механика, которая касается очень маленьких вещей.

Мы не смогли совместить эти две вещи. Одна из причин этого заключается в том, что мы не могли проводить эксперименты, которые проверяли бы оба сразу. Объекты, которые достаточно малы, чтобы иметь квантовые эффекты, не подвержены заметному влиянию гравитации. По крайней мере, не настолько сильно, чтобы мы могли различать разные теории гравитации.

Другие наши теории (например, электромагнетизм) могут согласовываться с одной или другой, но не с обеими сразу.

Черные дыры меняют дело. Здесь очень сильная гравитация, и даже электроны почувствуют притяжение.

Если бы мы смогли взять с собой и источник нейтрино, и детектор нейтрино, мы многое узнали бы об этих таинственных частицах. Однако на нынешнем или ближайшем будущем уровне технологий детекторы нейтрино очень массивны, и их нельзя перемещать за пределы Земли.

Даже без этого я уверен, что мы могли бы провести множество экспериментов со скромным электронным лучом, которые будут очень полезными.

Основной эксперимент, который я вижу, заключается в том, чтобы послать лазер или луч электронов очень близко к горизонту событий и установить детектор там, где он выходит.

Полезными результатами будут угол отклонения и время, затраченное на путешествие. Может быть, также, насколько рассеянным стал луч.

Если дыра вращается, будет интересно посылать лучи как по вращению, так и против него.

Почему люди?

Речь идет о науке, а это значит, что мы не будем знать заранее, какие эксперименты мы хотим провести. Результаты одного эксперимента подскажут новые физические теории. Они предложат новые эксперименты для выполнения.

Машина не может этого сделать. (Если у вас нет мощного ИИ). Если на месте нет людей, результаты должны быть отправлены на Землю, а новые команды отправлены обратно. Это займет слишком много времени, и черная дыра уйдет раньше, чем мы закончим.

Я предлагаю экипаж, состоящий из смеси космонавтов и физиков. Оба должны будут хорошо понимать другую сторону, но в конце концов они различны в своих целях. Астронавты захотят сохранить всем жизнь и вернуться домой целыми и невредимыми. Физики захотят провести больше экспериментов. Больше ! БОЛЬШЕ !!

В других ответах предлагалось отправить несколько беспилотных зондов вместо пилотируемого. Я предлагаю пилотируемый корабль с множеством беспилотных зондов. Корабль предусмотрительно держится подальше от радиации, зонды приближаются, не настолько близко, чтобы приливные эффекты могли их уничтожить, но определенно в области жесткого излучения.

Прощальный подарок.

Приходит время, когда дыра уходит, и мы должны вернуться домой, на Землю. Оставьте что-нибудь для инопланетян, возможно, что-то вроде табличек пионеров и золотых дисков "Вояджера".

Дыра станет магнитом для ученых каждой цивилизации, которую она пройдёт поблизости, и хорошим местом для встреч.

Может быть, мы уже там найдем инопланетный артефакт...

Не посылайте людей!

Есть две основные причины отправлять людей в космос:

1) Чтобы справиться с неожиданностью. Когда ваша миссия выходит из-под контроля, шансов на успех гораздо больше, если у вас есть очень гибкая система на борту: человек. Подумайте об Аполлоне-11, спускающемся в сад камней. Технологии того времени разбили бы ракету, даже современным технологиям было бы трудно ее безопасно посадить. Пилот-человек был способен проанализировать проблему и решить ее, тем самым спася миссию.

2) Когда есть проблема с анализом, которая не может быть решена техническими специалистами. Технологии эпохи Аполлона не могли нормально собирать лунные камни. Если мы хотели принести домой образцы, отличные от тех, что попали прямо под совок, мы должны были послать людей. (И обратите внимание, что проблема приземления в № 1 также является примером этого.)

Теперь примените эти стандарты к миссии с черной дырой:

1) Неожиданное, конечно. Всегда полезно послать человека. Однако это означает огромное количество оборудования для жизнеобеспечения, вы можете отправить несколько беспилотных миссий по цене одной пилотируемой.

2) Профессии, которые нуждаются в человеке. Какие рабочие места? Нет никаких образцов, которые можно было бы забрать, или что-то в этом роде, снаружи корпуса будет крайне опасная среда. Что люди могут??? В принципе ничего!

Также учтите, что самые интересные наблюдения будут сделаны как можно ниже:

1) Требования Delta-v означают, что вы можете стать ниже, если сможете сжечь все свое топливо, спускаясь вниз, и не экономить на возвращении домой.

2) Чем глубже вы идете, тем опаснее становится окружающая среда. Если вы сможете подобраться поближе, я ожидаю потерянных зондов, так как там будет много быстро движущихся обломков.

Примечание: если черная дыра находится достаточно далеко, вы можете отправить пилотируемую миссию в качестве корабля-носителя. Отставание в несколько минут или часов может иметь большое значение по сравнению с отставанием от Земли на несколько месяцев.

Расходы на отправку пилотируемой миссии по сравнению с многочисленными беспилотными зондами сделают последнюю очень заманчивой. Конечно, люди могут лучше приспосабливаться к ситуациям, но технологии дошли до того, что большинство ситуаций, к которым они могут приспособиться, достаточно маловероятны, чтобы их можно было компенсировать избыточностью зондов.

Другой аргумент в пользу отправки людей может состоять в том, чтобы исследовать/проверить что-то настолько неожиданное, что у нас не будет возможности учесть это в программировании зонда. Но - и это может быть просто циник во мне - я думаю, что это крайне маловероятно. В достаточно далеком будущем, когда это вообще осуществимо (хотя если бы нас устраивало, что зонду требуется 10 000 лет, чтобы сделать его, и еще 3 000, чтобы получить данные, мы могли бы сделать это с сегодняшними технологиями!) технология (надеюсь, ) будет настолько дешевым и маленьким, что будет достаточно просто заставить зонды просто собирать все данные, которые они могут. Мы думаем, что можетбыть объектами, вращающимися вокруг черной дыры, верно? Таким образом, пара дюжин этих зондов будет настроена на отклонение курса и переход на орбиту вместо них, а также сбор данных с них. Я собираюсь предположить, что все они имеют продвинутые блоки обработки физических данных и смогут вычислять эти орбиты на лету. И все же некоторые из них могут разбиться (или просто улететь в пустоту), но опять же, вы можете отправить десяток зондов по цене одной пилотируемой миссии.

Я потенциально мог бы видеть живых людей в качестве послов в случае встречи с внеземным разумом, но циник во мне вдвойне сомневается, что мы когда-нибудь найдем внеземную жизнь, не говоря уже о разумной жизни. (Они верят, что такие существуют — Вселенная слишком велика, чтобы этого не делать, — но она также слишком велика, чтобы с ней можно было столкнуться.) Зонды, собирающие все эти данные, петабайты за петабайтами, увидят любые доказательства существования жизни, которые могут быть там. Они, конечно, не узнают его, но земные ученые 15000 лет спустя (после получения таинственного сигнала из космоса, который они расшифровали, и обнаружили, что они могут идеально расшифровать его на древнеанглийском языке, и после консультации с историками, которые вели записи древних,найти какие-то доказательства того, что на одном из этих тел может быть какой-то потенциал для условий жизни. Но в любом случае, зонды действительно не для этого. Они собирают все данные, которые могут, потому что в то время это было дешево, но в основном они смотрели на черную дыру. Часть этой информации могла бы дать понимание нынешней цивилизации, если бы они смогли перевести ее с языка, который умер тысячи лет назад. Но опять же, через 15000 лет в будущее этой уже будущей точки они, возможно, построили миниатюрную черную дыру и все равно воспроизвели большинство экспериментов.

Честно говоря, с отставанием во времени я не уверен, что вижу смысл даже в отправке беспилотных миссий. Если бы я даже сделал это, это был бы просто зонд с надписью «Килрой был здесь», просто для смеха.

Отправка пилотируемой миссии на такое расстояние — какой бы опасной ни была черная дыра — равнозначна смертному приговору. (Даже если бы они могли вернуться, все и все, что они когда-либо знали, были бы мертвы давным-давно.) Однако это не проблема для героя вашей истории, и на самом деле это своего рода аргумент в пользу продажи.

У меня есть простое предложение, почему они отправили пилотируемую миссию - он хочет. «Я все равно умру, но я буду единственным человеком за всю историю человечества, увидевшим черную дыру вблизи». Похоже, мотивации для меня достаточно. На мой взгляд, он не в состоянии убедить какое-либо государственное космическое агентство позволить ему это сделать, но частная аэрокосмическая фирма находит серьезность в его миссии и берет на себя (... каламбур) проект. На самом деле ему не нужно собирать или интерпретировать данные, но он может понять их, когда его корабль сообщает об этом ему. Он должен сделать все эти выводы и понять, что он первый человек в истории, который не только увидел черную дыру вблизи, но и, наконец, понял, что такое излучение Хокинга, потеря информации и общая теория относительности. Он умирает мирной смертью, когда камера отдаляется, показывая карикатуру парня с большим носом, выглядывающего из-за стены.

Отправить людей!

Почему? Из-за археологии...

Как заявляли другие, компьютеры могут справиться с миссией, проведя кучу экспериментов и отправив нам результаты. Эти автоматизированные эксперименты по определению ограничиваются изучением ожидаемых характеристик черной дыры. Они могут проверить наличие мельчайших отклонений в устоявшихся теориях и предоставить подробные измерения физических характеристик черной дыры.

Но автоматизированные эксперименты не могут изучать неожиданное. У этой черной дыры может быть собственная солнечная система, вращающаяся вокруг нее по медленно уменьшающимся орбитам. Планеты этой солнечной системы будут различаться по происхождению, поскольку они были украдены из разных солнечных систем, через которые прошла черная дыра. Изучение этих планет и окружающих их пылевых облаков дает нам возможность исследовать материю с такого расстояния, на которое мы никогда не смогли бы попасть.

И в некоторых из этих усыновленных миров когда-то даже могла быть разумная жизнь.

Есть несколько подводных камней при попытке изучить черную дыру вблизи

1. На учебу выходит не так много. В основном черные дыры излучают рентгеновское излучение. Ни материи, ни света, ничего.
2. Как только, скажем, зонд входит внутрь, он уже не выходит обратно. Также вряд ли он сможет отправлять данные за горизонт событий.
3. Растяжение времени . Чем ближе объекты приближаются к черной дыре, тем медленнее они появляются в реальном времени. Допустим, вы отправили команду к черной дыре. Они вернутся через тысячи или миллионы лет. Так что, кто бы их ни послал, к тому времени, как они вернутся, их уже не будет.

Мой любимый писатель-фантаст Грег Иган написал рассказ именно об этом. Если вам интересно, она доступна бесплатно в Интернете: The Planck Dive .

Quick TLDR: это происходит в очень обширном трансчеловеческом обществе, и они делают это из чистого научного любопытства, разветвляя свои личности.

Как уже говорили другие, на самом деле нет никакой причины отправлять человека в путешествие в один конец, кроме опыта. Как вы сказали, своего рода элегантный способ умереть для научно мыслящего человека.

Как его найти?

Черные дыры по определению невидимы, и единственный способ найти их — оглянуться вокруг и увидеть, как они блокируют звезды.

Как получить данные?

Чтобы получить данные от черной дыры, вам нужно изучить влияние на то, что она делает с окружающей средой, а не с самой черной дырой.

Размеры черных дыр:

«Маленькая» черная дыра — это мгновенная смерть из-за спагеттификации человека и зонда.

Предполагаемый вид сверхмассивной черной дыры изнутри:

Большая черная дыра — это медленная смерть, потому что горизонт событий простирается намного дальше, где гравитация все еще «выживает». Вероятно, это был бы самый удивительный способ умереть, потому что вы бы увидели, как вселенная медленно исчезает. На Земле может пройти более 100 лет из-за замедления времени, в то время как для вас могло пройти всего 10 минут.

Горизонт событий:

Это очень просто: вы передаете его, и нет никакого способа получить вас или ваши данные из него. Черная дыра по определению черная, потому что она всасывает все. Рентгеновские лучи, радиоволны, целые звезды, а также свет. Это означает, что как только вы окажетесь внутри, вам придется играть в карты с самим собой, пока вы и шаттл не исчезнете.

Замедление времени:

Черная дыра настолько тяжелая, что само время ведет себя по-другому. Это потому, что мы живем не просто в пространстве или во времени, а в пространстве-времени. Пространство-время может растягиваться в зависимости от того, насколько что-то «тяжело». Например, каждые 60 лет нашим спутникам нужно прибавлять 1 секунду к своим часам, потому что на Земле время идет немного медленнее. Это точно то же самое вблизи черной дыры, что и на Земле, за исключением того, что она настолько увеличена, что, как только вы пересечете горизонт событий, кто-то, летящий за ее пределы, увидит, как вы падаете навсегда.

спагеттификация

Спагетификация происходит, когда сила тяжести на ближнем конце объекта выше, чем на дальнем конце. (На Земле это будут ваши ноги.) Поскольку черная дыра гораздо мощнее Земли, она будет растягивать вас от ближнего конца до самого дальнего, пока вы не превратитесь в одну длинную человеческую цепочку.

Гравитационное линзирование

Черная дыра настолько тяжелая, что искажает пространство вокруг себя, как увеличительное стекло.

Плюсы человека

• Восхитительный вид.
• Путешествие во времени (только будущее).

Минусы человека

• Телесные повреждения из-за силы тяжести, спагеттификации и т. д.
• Может случайно испортить данные.

Бонусные очки

• Встаньте рядом со сверхмассивной черной дырой, чтобы отправиться в будущее (все еще за пределами горизонта событий, но достаточно близко, чтобы ощутить последствия).

Нет смысла отправлять кого-то в черную дыру саму по себе, потому что, оказавшись внутри, у них нет возможности отправить какие-либо результаты обратно.

Однако отправка кого -то рядом с черной дырой может позволить ему изучить различные особенности, упомянутые в других ответах.

Для целей вашего рассказа миссия может заключаться в том, чтобы приблизиться к черной дыре, чтобы изучить ее, но без возможности предотвратить возможное пересечение горизонта событий. Эта часть не будет фактическим намерением миссии, но неизбежным завершением миссии будет сосредоточено на том, что можно было сделать до этого.

Как человек с меньшим научным образованием, чем многие участники этого вопроса, моя интуиция такова, что часть доводов в пользу исследования черных дыр людьми может быть сделана просто путем рассмотрения человеческой природы и ее роли в истории.

Мы по своей природе предприимчивые существа, которые неизбежно привыкают к нашему окружению и стремятся расширить свой кругозор. Тот факт, что мы любопытны и хотим узнать больше о нашем окружении (будь то земное или внеземное), наводит меня на мысль, что, возможно, через миллионы лет мы неизбежно попытаемся исследовать эти явления сами.

Некоторые из самых вдохновляющих, вдохновляющих и смелых начинаний, предпринятых человечеством, были отмечены верной смертью/травмами/потерями даже для тех, кто их предпринимал. Обещание нашего вида состоит в том, что, несмотря на эти факторы, мы всегда будем хотеть исследовать дальше.

Если есть люди, готовые и желающие совершить такой прыжок, почему бы не позволить им это сделать, хотя бы только для того, чтобы развлечь нашу природу.

(Философский ответ, основанный на предположении об экономической, технологической и юридической жизнеспособности проекта)