НЕМОГУЋЕ БЕКСТВО

Како утећи из „црне рупе”? Све што из спољашњег света пређе хоризонт не може да се врати назад, бива неизбежно уништено у центру. Једном иза хоризонта, чак ни светлост не може да изађе напоље, што објашњава и само њено име. Али у теорији постоје четири начина да се то изведе.

Проф. др Дејан Стојковић

 

„Црне рупе” су сигурно најмистериознији објекти у нашем свемиру. Решење које их математички описује пронашао је Карл Сварцшилд још 1916, само годину дана након што је Алберт Ајнштајн објавио своје једначине Опште теорије релативности. Било је толико чудно и нестандардно да су научници дуго одбијали да поверују да оно може да описује било шта што се може наћи у природи. Тек пола века касније Џон Вилер је сковао термин „црна рупа” који се везује за дато решење.

Данас је скоро у потпуности прихваћено да је „црна рупа” такав објекат чија је сва маса сконцентрисана у центру и густина бесконачно велика. Тај центар је од спољашњег посматрача сакривен тзв. хоризонтом догађаја. Све што из спољашњег света пређе хоризонт не може да се врати назад, бива неизбежно уништено у центру. Једном иза хоризонта, чак ни светлост не може да изађе напоље, што објашњава и само име „црне рупе”.

Прогутала саму себе

„Црна рупа” је, у суштини, звезда која је прогутала саму себе огромном гравитацијом. Када једна звезда главног низа (као што је то, рецимо, наше Сунце) потроши сво своје термонуклерано гориво (у случају Сунца то је водоник), онда настаје гравитациони колапс – звезда се сажима и њена густина постаје све већа.

„Црвоточине” су нестабилне
и не могу дуго бити
отворене за пролаз.

Ако је почетна маса звезде много већа од Сунчеве масе, тада је гравитациона сила толико јака да ништа не може зауставити колапс. Сва маса бива сабијена у једну једину тачку и „црна рупа” је рођена. Централна тачка где је сва маса сконцентрисана назива се сингуларитет.

Један од начина се изађе из „црне рупе” јесте да се уклони сингуларитет. Постоји теоретска могућност да се сингуларитет у „црној рупи” замени тополошки нетривијалним објектом, тзв. „космичком црвоточином”. У том случају, центар „црне рупе” би представљао само пролаз у други део нашег космоса или у потпуно нови космос који није повезан с нашим. У теоретском домену постоје, чак,  „црвоточине” које повезују различите тачке простор-временског континуума, што значи да се проласком кроз један такав објекат може ефективно путовати кроз време.

Мада „црвоточине” представљају легитимно математичко решење Ајнштајнових једначина, у пракси постоје озбиљни проблеми. „Црвоточине” су нестабилне и не могу дуго бити отворене за пролаз. Оне могу да се стабилизију, али то захтева извор негативне енергије. Данас не постоји ни теоретски начин да се произведе макроскопска количина негативне енергије која би, уосталом, сама по себи имала врло необичне особине. Недавно је снимљен филм „Интерстелар” који се, управо, бави овом тематиком – главни јунак улази у „црну рупу”, пролази кроз „црвоточину” и путује уназад кроз време да би спасио планету Земљу. Специјални ефекти проласка кроз „црну рупу” у овом филму су на завидном нивоу, а екипа се потрудила да они буду базирани на стварним математичким прорачунима.

Забрањено убрзавање

Други начин да се утекне „црној рупи” јесте да се путује брзином већом од светлосне. Друга космичка брзина је дефинисана као брзина коју је потребно достићи да би се савладала гравитација неког објекта. За Земљу она износи 11 км/с, за Сунце 600 км/с, за нашу галаксију 1.000 км/с. За „црну рупу” друга космичка брзина је брзина светлости. Кад се једном пређе „хоризонт догађаја”, ништа спорије од светлости (чак ни сама светлост) не може да изађе напоље. Али објекат бржи од светлости може да напусти унутрашњост „црне рупе”.

Тахионима је минимална
брзина, управо, брзина светлости;
лако их је убрзати до брзина већих,
али немогуће успорити до мањих.

Проблем је, наравно, у томе што специјална теорија релативности забрањује убрзавање објекта до брзине светлости (и самим тим до брзина већих од светлосне). Сваки масивни објекат захтева утрошак енергије како би се убрзао. Али за убрзање до брзине светлости потребна је бесконачна енергија, што наравно ниједан извор у природи не може да обезбеди. Један од начина да се заобиђе овај проблем јесте да се користе хипотетичке честице тахиони. Тахионима је минимална брзина, управо, брзина светлости; лако их је убрзати до брзина већих од светлосне, али немогуће успорити до брзина мањих од светлосне. Такве честице би могле побећи из унутрашњости „црне рупе”.

Међутим, проблем са тахионима јесте у томе што они могу нарушити каузалност: узрочно-последичну везу између догађаја. Посматрач који се креће брзином мањом од светлосне могао би да види да тахион не поштује уобичајени редослед догађаја на који смо сви ми навикли у свакодневном животу. Он би, наиме, могао да види како се тахион прво распада (тј. умире), затим пропагира кроз простор и, на крају, рађа се у неком процесу.

Како ми до сада нисмо открили ниједну честицу која се понаша на тај начин, уобичајени закључак гласи да тахиони не постоје у природи. Чак и ако постоје, они не могу да интерагују са обичним честицама, и самим тиме не бити детековани уређајима који су направљени од обилних честица.

Бесконачно не постоји

Можда најмање радикалан начин да се изађе из „црне рупе” јесте онај који је, вероватно, реализован у природи. Централни сингуларитет и глобални хоризонт догађаја су стриктно математички појмови. У природи не постоје бесконачно јаке силе, нити процеси који трају бесконачно дуго. Математичко решење које описује „црне рупе” следи из Ајнштајнове гравитације, која је класична теорија.

Како „црна рупа” полако
испарава (Хокингово зрачење)
она постепено губи своју масу.

Међутим, постоје озбиљне индикације да квантномеханички ефекти могу да уклоне сингуларитет и глобални хоризонт. У квантној теорији сингуларитет био би замењен облашћу врло јаке, али коначне гравитационе силе, а глобални хоризонт био би замењен привременим хоризонтом. Такав хоризонт би могао да зароби светлост доста дуго, али не и бесконачно дуго. Како „црна рупа” полако испарава у процесу тзв. Хокинговог зрачења (по Стивену Хокингу), она постепено губи своју масу.

Како утећи? (Википедија)

Када је довољно масе изгубљено, светлост може слободно да пропагира изван „црне рупе”. У протеклих стотину година, од када је решење које описује „црнуррупу” пронађено, хиљаде научних радова је написано на ту тему, много тога смо научили о „црним рупама”, али оне не престају ни данас да изненађују. Вероватно ће још стотину година проћи, а ми их још нећемо разумети у потпуности. То су, заиста, најинтересантнији и најинтригантнији објекти у нашем свемиру.