LICE VEČNOSTI

NEMOGUĆE BEKSTVO

Zvezda koja je sebe progutala: „crna rupa”

Zvezda koja je sebe progutala: „crna rupa”

Kako uteći iz crne rupe”? Sve što iz spoljašnjeg sveta pređe horizont ne može da se vrati nazad, biva neizbežno uništeno u centru. Jednom iza horizonta, čak ni svetlost ne može da izađe napolje, što objašnjava i samo njeno ime. Ali u teoriji postoje četiri načina da se to izvede.

Prof. dr Dejan Stojković

 

„Crne rupe” su sigurno najmisteriozniji objekti u našem svemiru. Rešenje koje ih matematički opisuje pronašao je Karl Svarcšild još 1916, samo godinu dana nakon što je Albert Ajnštajn objavio svoje jednačine Opšte teorije relativnosti. Bilo je toliko čudno i nestandardno da su naučnici dugo odbijali da poveruju da ono može da opisuje bilo šta što se može naći u prirodi. Tek pola veka kasnije Džon Viler je skovao termin „crna rupa” koji se vezuje za dato rešenje.

Danas je skoro u potpunosti prihvaćeno da je „crna rupa” takav objekat čija je sva masa skoncentrisana u centru i gustina beskonačno velika. Taj centar je od spoljašnjeg posmatrača sakriven tzv. horizontom događaja. Sve što iz spoljašnjeg sveta pređe horizont ne može da se vrati nazad, biva neizbežno uništeno u centru. Jednom iza horizonta, čak ni svetlost ne može da izađe napolje, što objašnjava i samo ime „crne rupe”.

Progutala samu sebe

„Crna rupa” je, u suštini, zvezda koja je progutala samu sebe ogromnom gravitacijom. Kada jedna zvezda glavnog niza (kao što je to, recimo, naše Sunce) potroši svo svoje termonuklerano gorivo (u slučaju Sunca to je vodonik), onda nastaje gravitacioni kolaps – zvezda se sažima i njena gustina postaje sve veća.

„Crvotočine” su nestabilne
i ne mogu dugo biti
otvorene za prolaz.

Ako je početna masa zvezde mnogo veća od Sunčeve mase, tada je gravitaciona sila toliko jaka da ništa ne može zaustaviti kolaps. Sva masa biva sabijena u jednu jedinu tačku i „crna rupa” je rođena. Centralna tačka gde je sva masa skoncentrisana naziva se singularitet.

Jedan od načina se izađe iz „crne rupe” jeste da se ukloni singularitet. Postoji teoretska mogućnost da se singularitet u „crnoj rupi” zameni topološki netrivijalnim objektom, tzv. „kosmičkom crvotočinom”. U tom slučaju, centar „crne rupe” bi predstavljao samo prolaz u drugi deo našeg kosmosa ili u potpuno novi kosmos koji nije povezan s našim. U teoretskom domenu postoje, čak,  „crvotočine” koje povezuju različite tačke prostor-vremenskog kontinuuma, što znači da se prolaskom kroz jedan takav objekat može efektivno putovati kroz vreme.

Mada „crvotočine” predstavljaju legitimno matematičko rešenje Ajnštajnovih jednačina, u praksi postoje ozbiljni problemi. „Crvotočine” su nestabilne i ne mogu dugo biti otvorene za prolaz. One mogu da se stabiliziju, ali to zahteva izvor negativne energije. Danas ne postoji ni teoretski način da se proizvede makroskopska količina negativne energije koja bi, uostalom, sama po sebi imala vrlo neobične osobine. Nedavno je snimljen film „Interstelar” koji se, upravo, bavi ovom tematikom – glavni junak ulazi u „crnu rupu”, prolazi kroz „crvotočinu” i putuje unazad kroz vreme da bi spasio planetu Zemlju. Specijalni efekti prolaska kroz „crnu rupu” u ovom filmu su na zavidnom nivou, a ekipa se potrudila da oni budu bazirani na stvarnim matematičkim proračunima.

Zabranjeno ubrzavanje

Drugi način da se utekne „crnoj rupi” jeste da se putuje brzinom većom od svetlosne. Druga kosmička brzina je definisana kao brzina koju je potrebno dostići da bi se savladala gravitacija nekog objekta. Za Zemlju ona iznosi 11 km/s, za Sunce 600 km/s, za našu galaksiju 1.000 km/s. Za „crnu rupu” druga kosmička brzina je brzina svetlosti. Kad se jednom pređe „horizont događaja”, ništa sporije od svetlosti (čak ni sama svetlost) ne može da izađe napolje. Ali objekat brži od svetlosti može da napusti unutrašnjost „crne rupe”.

Tahionima je minimalna
brzina, upravo, brzina svetlosti;
lako ih je ubrzati do brzina većih,
ali nemoguće usporiti do manjih.

Problem je, naravno, u tome što specijalna teorija relativnosti zabranjuje ubrzavanje objekta do brzine svetlosti (i samim tim do brzina većih od svetlosne). Svaki masivni objekat zahteva utrošak energije kako bi se ubrzao. Ali za ubrzanje do brzine svetlosti potrebna je beskonačna energija, što naravno nijedan izvor u prirodi ne može da obezbedi. Jedan od načina da se zaobiđe ovaj problem jeste da se koriste hipotetičke čestice tahioni. Tahionima je minimalna brzina, upravo, brzina svetlosti; lako ih je ubrzati do brzina većih od svetlosne, ali nemoguće usporiti do brzina manjih od svetlosne. Takve čestice bi mogle pobeći iz unutrašnjosti „crne rupe”.

Međutim, problem sa tahionima jeste u tome što oni mogu narušiti kauzalnost: uzročno-posledičnu vezu između događaja. Posmatrač koji se kreće brzinom manjom od svetlosne mogao bi da vidi da tahion ne poštuje uobičajeni redosled događaja na koji smo svi mi navikli u svakodnevnom životu. On bi, naime, mogao da vidi kako se tahion prvo raspada (tj. umire), zatim propagira kroz prostor i, na kraju, rađa se u nekom procesu.

Kako mi do sada nismo otkrili nijednu česticu koja se ponaša na taj način, uobičajeni zaključak glasi da tahioni ne postoje u prirodi. Čak i ako postoje, oni ne mogu da interaguju sa običnim česticama, i samim time ne biti detekovani uređajima koji su napravljeni od obilnih čestica.

Beskonačno ne postoji

Možda najmanje radikalan način da se izađe iz „crne rupe” jeste onaj koji je, verovatno, realizovan u prirodi. Centralni singularitet i globalni horizont događaja su striktno matematički pojmovi. U prirodi ne postoje beskonačno jake sile, niti procesi koji traju beskonačno dugo. Matematičko rešenje koje opisuje „crne rupe” sledi iz Ajnštajnove gravitacije, koja je klasična teorija.

Kako „crna rupa” polako
isparava (Hokingovo zračenje)
ona postepeno gubi svoju masu.

Međutim, postoje ozbiljne indikacije da kvantnomehanički efekti mogu da uklone singularitet i globalni horizont. U kvantnoj teoriji singularitet bio bi zamenjen oblašću vrlo jake, ali konačne gravitacione sile, a globalni horizont bio bi zamenjen privremenim horizontom. Takav horizont bi mogao da zarobi svetlost dosta dugo, ali ne i beskonačno dugo. Kako „crna rupa” polako isparava u procesu tzv. Hokingovog zračenja (po Stivenu Hokingu), ona postepeno gubi svoju masu.

Kako uteći? (Vikipedija)

Kada je dovoljno mase izgubljeno, svetlost može slobodno da propagira izvan „crne rupe”. U proteklih stotinu godina, od kada je rešenje koje opisuje „crnurrupu” pronađeno, hiljade naučnih radova je napisano na tu temu, mnogo toga smo naučili o „crnim rupama”, ali one ne prestaju ni danas da iznenađuju. Verovatno će još stotinu godina proći, a mi ih još nećemo razumeti u potpunosti. To su, zaista, najinteresantniji i najintrigantniji objekti u našem svemiru.

O autoru

Stanko Stojiljković

1 komentar

  • Svaka koncentracija je veća gustina, sadržajnost, od neke ujednačenosti. Iz toga proizilazi da svaka koncentracija ostavlja za sobom i prazninu i u “zbiru” sa njom čini ujednačenost iz koje je proistekla. Ako postoji koncentracija mase, dali može da postoji i koncentracija praznine ali ne samo gledano kao povećanje gravitacionog polja?

Ostavite komentar