У ЦРНУ РУПУ ИЗ ЦРНЕ РУПЕ

Јесте ли се икада питали што се догађа с материјом која упадне у црну рупу? Нисте једини. То је питање које је инедрило бројне парадоксе. Могући одговор на њега покушао је дати познати физичар Карло Ровели у једном поглављу своје најновије књиге.

Он је италијански теоријски физичар и књижевник који је радио у Италији, Сједињеним Државама и од 2000. године у Француској. Делује углавном на пољу квантне гравитације, а објавио је више дела из подручја историје и филозофије науке. Добитник је бројних научних награда и признања. Неке његове књиге преведене су на више десетина светских језика, укључујући хрватски. Године 2019. часопис Foreign Policy уврстио га је на попис 100 најутицајнијих светских мислилаца. Одломак у којем покушава одговорити на питање из наслова преузет је из књиге There Are Places In The World Where Rules Are Less Important Than Kindness (Постоје места на свету на којима су правила мање важна од доброте), објављене 5. новембра у Великој Британији, у часопису New Scientist.

Карло Ровели (Temugin/Wikimedia Commons)

Има нешто парадоксално у ономе што знамо о црним рупама. Оне су данас за астрономе постале „нормални” објекти. Астрономи их посматрају, броје и мере. Понашају се тачно онако како је Ајнштајнова теорија предвидела пре једног столећа, када нико још није ни сањао да би такви необични објекти у стварности могли постојати. Дакле, оне су под контролом. Но ипак и даље остају крајње тајанствене.

Шта се догађа с материјом која падне у средиште црне рупе? Не знамо. Kроз наше телескопе видимо како пада и ментално пратимо њену путању док не стигне готово до средишта, а тада више немамо појма шта се даље догађа. Знамо од чега се састоје црне рупе и споља и изнутра, али недостаје нам пресудан детаљ: средиште. Но тај детаљ ни случајно није безначајан, јер све што падне унутра (а у црне рупе које посматрамо на небу ствари стално настављају падати) заврши у средишту.

С једне стране имамо дивну теорију, општу релативност, коју на спектакуларан начин потврђују астрономска посматрања, која савршено добро објашњава оно што астрономи виде: чудовишта која гутају звезде врте се у вртлозима и производе неизмерно снажне зраке и друге „ђаволе”. Свемир је изненађујући, шаролик, пун ствари које никада нисмо предвидели или замишљали да постоје, али које су схватљиве. Но с друге стране, још увек постоји једно мало питање оне врсте за коју су специјализована деца када одрасли претерају са одушевљењем: „Али куда одлази сав материјал који видимо како пада у црну рупу?”

И ту ствари постају тешке. Ајнштајнова теорија пружа прецизан и елегантан математички опис чак и унутрашњости црних рупа: она указује на пут који мора следити материјал који пада у црну рупу. Материја пада све брже док не досегне средишњу тачку. А онда… Тада Ајнштајнове једначине губе свако значење. Више нам ништа не говоре. Чини се да се топе попут снега на сунцу. Варијабле постају бесконачне и више ништа нема смисла. Јао.

Алберт Ајнштајн (Pixabay)

Шта се догађа с материјом која падне у средиште црне рупе? Не знамо.

Kроз наше телескопе видимо како пада и ментално пратимо њену путању док не стигне готово до средишта, а тада више немамо појма шта се даље догађа. Знамо од чега се састоје црне рупе и споља и изнутра, али недостаје нам пресудан детаљ: средиште. Но тај детаљ ни случајно није безначајан, јер све што падне унутра (а у црне рупе које посматрамо на небу ствари стално настављају падати) заврши у средишту. Небо је пуно црних рупа у којима можемо видети како ствари нестају, али не знамо шта ће бити с њима.

Приступи којима смо истраживали одговоре на ово питање до сада су били углавном нагађања. Можда, примерице, твар излази у неком другом свемиру. Можда је чак и наш властити свемир започео на овај начин, излазећи из црне рупе која се отворила у неком претходном свемиру. Можда се у средишту црне рупе све топи у облак вероватоће у којем простор-време и материја више не значе ништа. Или можда црне рупе зраче топлину јер се материја која улази у њих мистериозно, током више милијарди година, претвара у топлоту.

„Шта се догађа с материјом која падне у средиште рупе? Не знамо. У истраживачкој групи с којом радим у Марсељу, с колегама из Гренобла и Нијмегена у Холандији, истражујемо могућност која нам се чини и једноставнијом и вероватнијом од наведеног: материја се успорава и зауставља пре него што дође до средишта црне рупе. Kад је најекстремније концентрисана, развија се страшан притисак који спречава њен коначан колапс. То је слично притиску који спречава електроне да падну у атоме: то је квантни феномен. Материја престаје падати и ствара неку врсту изузетно мале и изузетно густе звезде: „Планкове звезде”. Тада се догоди нешто што се у таквим случајевима увек догоди материји: она се одбија.

Макс Планк (Wikipedia)

Одбија се попут лопте испуштене на под. Попут лопте, она се одбија дуж путање пада у временски супротном смеру и на тај се начин црна рупа трансформише („ефектом тунелирања”, како кажемо у жаргону) у своју супротност: белу рупу. Белу рупу? Шта је то бела рупа? То је још једно решење Ајнштајнових једначина (попут црних рупа) за које мој универзитетски уџбеник каже да „у стварности не постоји ништа слично”… То је подручје простора у који ништа не може ући, али из којег ствари израњају. То је временски обрат црне рупе. Рупа која експлодира.

Но зашто онда видимо да материја упада у црне рупе, али не видимо да се одмах поновно одбија и излази? Одговор – а ово је кључна ствар у ономе с чиме овде имамо посла – лежи у релативности времена. Време не пролази свугде једнаком брзином. Све су физичке појаве спорије на нивоу мора него у планинама. Време се успорава ако сам ниже, тамо где је гравитација најинтензивнија. Унутар црних рупа сила гравитације је екстремно јака, што резултира јаким успоравањем времена.

Је ли то стварно тако? Не знам рећи са сигурношћу. Мислим да би могло бити. Алтернативе ми се чине мање вероватним. Но могао бих бити у криву. Kако год, покушаји да се то схвати представљају велику радост.”

Одскакање падајуће твари догађа се брзо ако га неко гледа у близини, ако можемо замислити да неко улази у црну рупу да види како је изнутра. Али гледано споља, чини се да је све успорено. Енормно успорено. Видимо да ствари изузетно дуго нестају и нестају из видокруга. Гледано споља, све изгледа замрзнуто милионима година – тачно како ми перципирамо црне рупе које можемо видети на небу.

Но изузетно дуго време ипак није бесконачно и, ако бисмо чекали довољно дуго, видели бисмо твар како излази. Црна рупа у коначници можда није ништа више од звезде која се уруши, а затим одскочи – у екстремно успореном посматрању споља. То није могуће у Ајнштајновој теорији, међутим, с друге стране, она не узима у обзир квантне ефекте. Kвантна механика допушта материји да побегне из своје тамне замке. Након колико времена? Након врло кратког времена за материју која је пала у црну рупу, али након изузетно дугог времена за оне међу нама који је посматрамо споља.

Дакле, овако би изгледала цела прича: кад зввезда попут Сунца или мало већа престане горети јер је потрошила сав свој водоник, топлота више не ствара довољан притисак ка споља који би уравнотежио њену тежину. Звезда се уруши у себе и ако је довољно тешка, ствара црну рупу и пада у њу. Звезда величине Сунца, односно хиљаде пута већа од Земље, створила би црну рупу промера један и по километар.

Замислите то: цело Сунце смештено у запремнину брежуљка. То су црне рупе које можемо посматрати на небу. Материја звезде наставља своје путовање унутра, све дубље, док не досегне чудовишни ниво компресије због које се почиње одбијати. Читава маса звезде концентрирана је у простор молекула. Овде у игру улази одбојна квантна сила, а звезда се одмах одбија и почиње експлодирати. За звезду је прошло тек неколико стотинки секунде. Но дилатација времена узрокована огромним гравитацијским пољем толико је изузетно јака да су, кад се материја почне поновно појављивати, у остатку свемира прошли десеци милијарди година.

Је ли то стварно тако? Не знам рећи са сигурношћу. Мислим да би могло бити. Алтернативе ми се чине мање вероватним. Но могао бих бити у криву. Kако год, покушаји да се то схвати представљају велику радост.”

(Извор Индекс)