Tehát ott vagy, hamarosan egy fekete lyukba ugrik. Mit várhatna, ha minden esély ellenére túlélne? Hol a végén állsz, és milyen bosszantó meseket tudsz átélni, ha sikerül átvágnod a visszatelepet?
E kérdésekre az egyszerű válasz, amint azt Richard Massey professzor elmagyarázza: "Ki tudja?" A Durham Egyetem Számítástechnikai Kozmológia Intézetének Királyi Társaság kutató munkatársaként Massey teljes mértékben tisztában van azzal, hogy a fekete lyukak rejtélyei mélyen futnak. "Az eseményhorizonton való átesés szó szerint túlmutat a fátyolon - ha valaki elmúlik rajta, senki sem küldhet vissza üzenetet" - mondta. "A hatalmas gravitáció darabokra szakította őket, tehát nem hiszem, hogy bárki is átjuthatna bárhová."
Ha ez csalódást okozó és fájdalmas válasznak hangzik, akkor számíthat rá. Mivel Albert Einstein általános relativitáselméletét úgy vélte, hogy a fekete lyukakat előre jelezte a tér-idő és a gravitáció összekapcsolásával, ismert volt, hogy a fekete lyukak egy hatalmas csillag halálából származnak, amely egy kicsi, sűrű maradékmagot hagy hátra. Feltételezve, hogy ennek a magnak a nap tömegének több mint durván háromszorosa van, a gravitáció olyan mértékben tönkre megy, hogy önmagában egyetlen pontba esik, vagyis a szingularitásba, amelyet a fekete lyuk végtelenül sűrű magjának tekintünk.
A keletkező lakhatatlan fekete lyuk olyan erős gravitációs vonzással bírna, hogy még a fény sem tudja elkerülni. Tehát, ha az esemény horizontján találja magát - abban a pontban, ahol a fény és az anyag csak behatolhat, ahogyan azt a német csillagász Karl Schwarzschild javasolta -, akkor nincs menekülés. Massey szerint az árapály erõi atomokrá redukálnák a testét (vagy „spagettizációt”, amint az is ismert), és az objektum végül összetörik a szingularitáson. Az a gondolat, hogy valahol felbukkanhat - talán a másik oldalon - teljesen fantasztikusnak tűnik.
Mi a helyzet egy féreglyukkal?
Vagy ez? Az évek során a tudósok megvizsgálták annak a lehetőségét, hogy a fekete lyukak féreglyukak lehetnek más galaxisok számára. Lehet, hogy - amint egyesek is felvetették - úton lehetnek egy másik univerzumhoz.
Ez az ötlet már egy ideje lebeg: Einstein összeállt Nathan Rosen-nal az elméleti hidakhoz, amelyek 1935-ben az űr-idő két különféle pontját összekötik. De az 1980-as években új terepet kapott, amikor a fizika Kip Thorne - a világ egyikike az Einstein általános relativitáselméletének asztrofizikai következményeivel foglalkozó vezető szakértők vitát vettek fel arról, hogy a tárgyak fizikailag képesek-e áthaladni rajtuk keresztül.
"Kip Thorne féreglyukakról szóló népszerű könyvének elolvasása volt az, ami gyermekkorban előbb izgatott a fizikában." - mondta Massey. De nem tűnik valószínűnek, hogy féreglyukak léteznek.
Valójában Thorne, aki szakértői véleményét kölcsönözte az Interstellar hollywoodi film produkciós csapatának, írta: "Nem látunk olyan univerzumban olyan tárgyat, amely életkorukkor féreglyukakká válhatna", a "The Interstellar Science" című könyvében (WW Norton) és Company, 2014). Thorne elmondta a Space.com-nak, hogy ezen elméleti alagutakon való átutazás valószínűleg tudományos fantasztikus változatlan marad, és minden bizonnyal nincs határozott bizonyíték arra, hogy egy fekete lyuk lehetővé tenné egy ilyen átjárást.
De a probléma az, hogy nem tudunk közel állni ahhoz, hogy megnézzük magunkat. Miért nem fényképezhetünk semmit, ami a fekete lyuk belsejében zajlik - ha a fény nem tud menekülni a hatalmas gravitációjukból, akkor semmit sem kattinthat meg egy kamera. A jelenlegi állítás szerint az elmélet azt sugallja, hogy bármit, ami túlmutat az eseményhorizonton, egyszerűen hozzáadják a fekete lyukhoz, sőt, mivel az idő torzul e határ közelében, ez hihetetlenül lassan fog bekövetkezni, tehát a válaszok nem lesznek gyors közelgő.
"Azt hiszem, a szokásos történet az, hogy az idők végéhez vezetnek" - mondta Douglas Finkbeiner, a Harvard Egyetem csillagászati és fizikai professzora. "Egy távoli megfigyelő nem látja, hogy űrhajós barátnője esik a fekete lyukba. Csak vörösebbé és halványabbá válnak, amikor közelednek az eseményhorizonthoz. De a barát egyenesen beleesik egy" örökre "túli helyre. Bármit is jelent ez. "
Talán egy fekete lyuk egy fehér lyukhoz vezet
Természetesen, ha a fekete lyukak a galaxis másik részéhez vagy egy másik univerzumhoz vezetnek, szükség lenne valami ellenkezőjre a másik oldalon. Lehet, hogy ez egy fehér lyuk - egy elmélet, amelyet az orosz kozmológus, Igor Novikov 1964-ben terjesztett elő? Novikov javasolta, hogy egy fekete lyuk kapcsolódjon egy múltban létező fehér lyukhoz. A fekete lyukkal ellentétben a fehér lyuk lehetővé teszi a fény és az anyag elhagyását, de a fény és az anyag nem tud bejutni.
A tudósok tovább vizsgálták a fekete-fehér lyukak közötti potenciális kapcsolatot. A Physical Review D folyóiratban közzétett 2014-es tanulmányukban Carlo Rovelli és Hal M. Haggard fizikusok állították, hogy "létezik egy klasszikus mérőszám, amely kielégíti az Einstein-egyenleteket egy véges tér-idő régión kívül, ahol az anyag fekete lyukba összeomlik, majd az egy ideig lyuk. " Más szavakkal, az összes anyag, amelyet lenyeltek, kibontható lenne, és a fekete lyukak fehér lyukakká válhatnak, ha meghalnak.
A fekete lyuk összeomlását messze nem pusztíthatja el az általa felszívott információt. Ehelyett kvantum-visszapattanást tapasztal, amely lehetővé teszi az információk elmenekülését. Ha ez a helyzet, akkor rávilágít néhány, a Cambridge-i Egyetem volt kozmológusa és elméleti fizikusa, Stephen Hawking javaslatára, aki az 1970-es években feltárta annak a lehetőségét, hogy a fekete lyukak a kvantumingadozások eredményeként részecskéket bocsátanak ki és sugárzást - termikus hőt - eredményeznek. .
"Hawking szerint egy fekete lyuk nem marad örökké" - mondta Finkbeiner. Hawking kiszámította, hogy a sugárzás egy fekete lyuk energiavesztését, összehúzódását és eltűnését okozza, amint azt a Physical Review D. kiadványában közzétett 1976. évi tanulmánya leírja. a fekete lyuk robbanásakor rengeteg információt törölne.
Ez azt jelentette, hogy Hawking gondolata ellentétes volt a kvantumelmélettel, amely szerint az információ nem pusztítható el. A fizika állítja, hogy az információkat csak nehezebb megtalálni, mert ha elvesznek, lehetetlenné válik a múlt vagy a jövő megismerése. Hawking ötlete a „fekete lyuk információs paradoxonjához” vezetett, és régóta zavart a tudósoktól. Néhányan azt állították, hogy Hawking egyszerűen tévedett, és a férfi maga is bejelentette, hogy hibát követett el egy 2004-es dublini tudományos konferencia során.
Tehát térjünk vissza a fekete lyukak fogalmához, amely megőrzött információt bocsát ki, és egy fehér lyukon keresztül dobja vissza? Talán. A Physical Review Letters-ben közzétett 2013-as tanulmányukban Jorge Pullin a Louisiana Állami Egyetemen és Rodolfo Gambini a Uruguayi Montevideo Köztársaság Egyetemen hurokkvantum gravitációt alkalmazott egy fekete lyukhoz, és megállapította, hogy a gravitáció növekedett a mag felé, de csökkent és elbukott bármi is belépett az univerzum másik régiójába. Az eredmények további hitelességet adtak a fekete lyukak portálként szolgáló ötletének. Ebben a tanulmányban a szingularitás nem létezik, és így nem képezi áthatolhatatlan akadályt, amely az összes esetleges összetörését eredményezi. Ez azt is jelenti, hogy az információ nem tűnik el.
Lehet, hogy a fekete lyukak sehová nem mennek
Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski és James Sully fizikusok azonban még mindig úgy gondolták, hogy Hawking folytathatott valamit. Egy elméleten dolgoztak, amely az AMPS tűzfalnak, vagy a fekete lyukú tűzfal hipotézisnek vált ismertté. Számításaik szerint a kvantummechanika megvalósíthatóan képes az esemény horizontját óriási tűzfalakká alakítani, és bármi, ami érintkezésbe kerül, azonnal megéghet. Ebben az értelemben a fekete lyukak sehova sem vezetnek, mert soha semmi sem juthatott be benne.
Ez azonban megsérti Einstein általános relativitáselméletét. Az esemény horizontját átlépő embernek valójában nem kell nagy nehézséget éreznie, mert egy tárgy szabadon esne, és az egyenértékűség elve alapján az a tárgy - vagy személy - nem érezné a gravitáció szélsőséges hatásait. Követheti a világegyetem másutt fennálló fizikai törvényeit, de még ha nem is ellentétes Einstein elvével, aláásná a kvantummező-elméletet, vagy arra utalna, hogy az információ elveszhet.
A bizonytalanság fekete lyuk
Lépjen tovább Hawking előtt. 2014-ben publikált egy tanulmányt, amelyben kijelentette, hogy létezik egy eseményhorizont - vagyis nincs semmi éghető -, mondván, hogy a gravitációs összeomlás „látszólagos horizontot” eredményezne.
Ez a horizont felfüggeszti a fénysugarakat, amelyek megpróbálják elmozdulni a fekete lyuk magjától, és "egy ideig" fennmaradna. Átgondolásakor a látszólagos horizontok ideiglenesen megtartják az anyagot és az energiát, mielőtt feloldják és később felszabadítják őket a vonalon. Ez a magyarázat legjobban megfelel a kvantumelméletnek - amely szerint az információt nem lehet megsemmisíteni - és ha ezt valaha is bebizonyították, azt sugallja, hogy bárki elmenekülhet egy fekete lyukból.
Hawking annyira elment, hogy azt mondta, hogy a fekete lyukak még nem is léteznek. "A fekete lyukakat újra kell határozni, mint a gravitációs mező metastabil kötött állapotait" - írta. Nem lenne szingularitás, és bár a látszólagos mező a gravitáció hatására befelé mozog, soha nem fogja elérni a központot, és sűrű tömegben konszolidálódna.
És mindazonáltal bármi, ami kibocsátódik, nem lesz elnyelve. Nem lehetett kitalálni, mi ment be azzal, hogy megnézem, mi jön ki, ami önmagában is problémákat okoz - nem utolsósorban például egy olyan ember számára, aki ilyen riasztó helyzetbe került. Soha többé nem éreznék ugyanazt!
Egy dolog biztos, hogy ez a rejtély hosszú távon még sok más tudományos órát fog lenyelni. Rovelli és Francesca Vidotto nemrégiben azt javasolták, hogy a sötét anyag egy alkotóeleme elpárologtatott fekete lyukak maradványaival alakulhasson ki. Hawking papírja a fekete lyukakról és a „puha hajról” 2018-ban jelent meg, és leírja, hogyan maradnak a nulla energiatartalmú részecskék a pont körül. a visszatérés hiánya, az esemény horizontja - egy ötlet, amely arra utal, hogy az információ nem veszik el, hanem elfogják.
Ez a nem haj tételrel szemben repült, amelyet John Archibald Wheeler fizikus fogalmazott meg, és azon az alapon dolgozott, hogy a két fekete lyuk megkülönböztethetetlen egy megfigyelő számára, mivel a részecskefizika speciális álhordozásainak semmi sem marad fenn. Ez egy ötlet, amellyel a tudósok beszélgettek, de van még valami út, mielőtt azt látnánk a válasznak arra, hogy hova vezetnek a fekete lyukak. Ha csak találnánk egy utat az egyikbe.
