U CRNU RUPU IZ CRNE RUPE

Jeste li se ikada pitali što se događa s materijom koja upadne u crnu rupu? Niste jedini. To je pitanje koje je inedrilo brojne paradokse. Mogući odgovor na njega pokušao je dati poznati fizičar Karlo Roveli u jednom poglavlju svoje najnovije knjige.

On je italijanski teorijski fizičar i književnik koji je radio u Italiji, Sjedinjenim Državama i od 2000. godine u Francuskoj. Deluje uglavnom na polju kvantne gravitacije, a objavio je više dela iz područja istorije i filozofije nauke.Dobitnik je brojnih naučnih nagrada i priznanja. Neke njegove knjige prevedene su na više desetina svetskih jezika, uključujući hrvatski. Godine 2019. časopis Foreign Policyuvrstio ga je na popis 100 najuticajnijih svetskih mislilaca. Odlomak u kojem pokušava odgovoriti na pitanje iz naslova preuzet je iz knjige There Are Places In The World Where Rules Are Less Important Than Kindness (Postoje mesta na svetu na kojima su pravila manje važna od dobrote), objavljene 5. novembra u Velikoj Britaniji, u časopisu New Scientist.

Karlo Roveli (Temugin/Wikimedia Commons)

Ima nešto paradoksalno u onome što znamo o crnim rupama. One su danas za astronome postale „normalni” objekti. Astronomi ih posmatraju, broje i mere. Ponašaju se tačno onako kako je Ajnštajnova teorija predvidela pre jednog stoleća, kada niko još nije ni sanjao da bi takvi neobični objekti u stvarnosti mogli postojati. Dakle, one su pod kontrolom. No ipak i dalje ostaju krajnje tajanstvene.

Šta se događa s materijom koja padne u središte crne rupe? Ne znamo. Kroz naše teleskope vidimo kako pada i mentalno pratimo njenu putanju dok ne stigne gotovo do središta, a tada više nemamo pojma šta se dalje događa. Znamo od čega se sastoje crne rupe i spolja i iznutra, ali nedostaje nam presudan detalj: središte. No taj detalj ni slučajno nije beznačajan, jer sve što padne unutra (a u crne rupe koje posmatramo na nebu stvari stalnonastavljaju padati) završi u središtu.

S jedne strane imamo divnu teoriju, opštu relativnost, koju na spektakularan način potvrđuju astronomska posmatranja, koja savršeno dobro objašnjava ono što astronomi vide: čudovišta koja gutaju zvezde vrte se u vrtlozima i proizvode neizmerno snažne zrake i druge „đavole”. Svemir je iznenađujući, šarolik, pun stvari koje nikada nismo predvideli ili zamišljali da postoje, ali koje su shvatljive. No s druge strane, još uvek postoji jedno malo pitanje one vrste za koju su specijalizovana deca kada odrasli preteraju sa oduševljenjem: „Ali kuda odlazi sav materijal koji vidimo kako pada u crnu rupu?”

I tu stvari postaju teške. Ajnštajnova teorija pruža precizan i elegantan matematički opis čak i unutrašnjosti crnih rupa: ona ukazuje na put koji mora slediti materijal koji pada u crnu rupu. Materija pada sve brže dok ne dosegne središnju tačku. A onda… Tada Ajnštajnove jednačine gube svako značenje. Više nam ništa ne govore. Čini se da se tope poput snega na suncu. Varijable postaju beskonačne i više ništa nema smisla. Jao.

Albert Ajnštajn (Pixabay)

Šta se događa s materijom koja padne u središte crne rupe? Ne znamo.

Kroz naše teleskope vidimo kako pada i mentalno pratimo njenu putanju dok ne stigne gotovo do središta, a tada više nemamo pojma šta se dalje događa. Znamo od čega se sastoje crne rupe i spolja i iznutra, ali nedostaje nam presudan detalj: središte. No taj detalj ni slučajno nije beznačajan, jer sve što padne unutra (a u crne rupe koje posmatramo na nebu stvari stalno nastavljaju padati) završi u središtu. Nebo je puno crnih rupa u kojima možemo videti kako stvari nestaju, ali ne znamo šta će biti s njima.

Pristupi kojima smo istraživali odgovore na ovo pitanje do sada su bili uglavnom nagađanja. Možda, primerice, tvar izlazi u nekom drugom svemiru. Možda je čak i naš vlastiti svemir započeo na ovaj način, izlazeći iz crne rupe koja se otvorila u nekom prethodnom svemiru. Možda se u središtu crne rupe sve topi u oblak verovatoće u kojem prostor-vreme i materija više ne znače ništa. Ili možda crne rupe zrače toplinu jer se materija koja ulazi u njih misteriozno, tokom više milijardi godina, pretvara u toplotu.

„Šta se događa s materijom koja padne u središte rupe? Ne znamo.U istraživačkoj grupi s kojom radim u Marselju, s kolegama iz Grenobla i Nijmegena u Holandiji, istražujemo mogućnost koja nam se čini i jednostavnijom i verovatnijom od navedenog: materija se usporava i zaustavlja pre nego što dođe do središta crne rupe. Kad je najekstremnije koncentrisana, razvija se strašan pritisak koji sprečava njen konačan kolaps. To je slično pritisku koji sprečava elektrone da padnu u atome: to je kvantni fenomen. Materija prestaje padati i stvara neku vrstu izuzetno male i izuzetno guste zvezde: „Plankove zvezde”. Tada se dogodi nešto što se u takvim slučajevima uvek dogodi materiji: ona se odbija.

Maks Plank (Wikipedia)

Odbija se poput lopte ispuštene na pod. Poput lopte, ona se odbija duž putanje pada u vremenski suprotnom smeru i na taj se način crna rupa transformiše („efektom tuneliranja”, kako kažemo u žargonu) u svoju suprotnost: belu rupu.Belu rupu? Šta je to bela rupa? To je još jedno rešenje Ajnštajnovih jednačina (poput crnih rupa) za koje moj univerzitetski udžbenik kaže da „u stvarnosti ne postoji ništa slično”… To je područje prostora u koji ništa ne može ući, ali iz kojeg stvari izranjaju. To je vremenski obrat crne rupe. Rupa koja eksplodira.

No zašto onda vidimo da materija upada u crne rupe, ali ne vidimo da se odmah ponovno odbija i izlazi? Odgovor – a ovo je ključna stvar u onome s čime ovde imamo posla – leži u relativnosti vremena. Vreme ne prolazi svugde jednakom brzinom. Sve su fizičke pojave sporije na nivou mora nego u planinama. Vreme se usporava ako sam niže, tamo gde je gravitacija najintenzivnija. Unutar crnih rupa sila gravitacije je ekstremno jaka, što rezultira jakim usporavanjem vremena.

Je li to stvarno tako? Ne znam reći sa sigurnošću. Mislim da bi moglo biti. Alternative mi se čine manje verovatnim. No mogao bih biti u krivu. Kako god, pokušaji da se to shvati predstavljaju veliku radost.”

Odskakanje padajuće tvari događa se brzo ako ga neko gleda u blizini, ako možemo zamisliti da neko ulazi u crnu rupu da vidi kako je iznutra. Ali gledano spolja, čini se da je sve usporeno. Enormno usporeno. Vidimo da stvari izuzetno dugo nestaju i nestaju iz vidokruga. Gledano spolja, sve izgleda zamrznuto milionima godina – tačno kako mi percipiramo crne rupe koje možemo videti na nebu.

No izuzetno dugo vreme ipak nije beskonačno i, ako bismo čekali dovoljno dugo, videli bismo tvar kako izlazi. Crna rupa u konačnici možda nije ništa više od zvezde koja se uruši, a zatim odskoči – u ekstremno usporenom posmatranju spolja. To nije moguće u Ajnštajnovoj teoriji, međutim, s druge strane, ona ne uzima u obzir kvantne efekte. Kvantna mehanika dopušta materiji da pobegne iz svoje tamne zamke.Nakon koliko vremena? Nakon vrlo kratkog vremena za materiju koja je pala u crnu rupu, ali nakon izuzetno dugog vremena za one među nama koji je posmatramo spolja.

Dakle, ovako bi izgledala cela priča: kad zvvezda poput Sunca ili malo veća prestane goreti jer je potrošila sav svoj vodonik, toplota više ne stvara dovoljan pritisakka spolja koji bi uravnotežio njenu težinu. Zvezda se uruši u sebe i ako je dovoljno teška, stvara crnu rupu i pada u nju. Zvezda veličine Sunca, odnosno hiljade puta veća od Zemlje, stvorila bi crnu rupu promera jedan i po kilometar.

Zamislite to: celo Sunce smešteno u zapremninu brežuljka. To su crne rupe koje možemo posmatrati na nebu. Materija zvezde nastavlja svoje putovanje unutra, sve dublje, dok ne dosegne čudovišni nivo kompresije zbog koje se počinje odbijati. Čitava masa zvezde koncentrirana je u prostor molekula. Ovde u igru ulazi odbojna kvantna sila, a zvezda se odmah odbija i počinje eksplodirati. Za zvezdu je prošlo tek nekoliko stotinki sekunde. No dilatacija vremena uzrokovana ogromnim gravitacijskim poljem toliko je izuzetno jaka da su, kad se materija počne ponovno pojavljivati, u ostatku svemira prošli deseci milijardi godina.

Je li to stvarno tako? Ne znam reći sa sigurnošću. Mislim da bi moglo biti. Alternative mi se čine manje verovatnim. No mogao bih biti u krivu. Kako god, pokušaji da se to shvati predstavljaju veliku radost.”

(Izvor Indeks)