Dakle, tu ste za skok u crnu rupu. Što bi moglo čekati da, bez obzira na to, nekako preživite? Gdje biste završili i koje biste istančane priče mogli počastiti ako ste se uspjeli izboriti za povratak?
Jednostavan odgovor na sva ova pitanja je, kako objašnjava profesor Richard Massey, "Tko zna?" Kao znanstveni novak iz Royal Societyja na Institutu za računalnu kozmologiju na Sveučilištu Durham, Massey je potpuno svjestan da misterije crnih rupa propadaju duboko. "Propadanje kroz horizont događaja doslovno prelazi preko vela - jednom kada netko prođe pored njega, nitko više ne može poslati poruku natrag", rekao je. "Ogromna gravitacija bila bi ih rasječena na komade, pa sumnjam da bi itko ikad prošao."
Ako to zvuči poput razočaravajućeg - i bolnog - odgovora, to je za očekivati. Otkad se smatralo da je opća teorija relativnosti Alberta Einsteina predviđala crne rupe povezujući prostor-vrijeme s djelovanjem gravitacije, poznato je da su crne rupe posljedica smrti ogromne zvijezde koja ostavlja iza sebe malu, gustu preostalu jezgru. Pod pretpostavkom da ova jezgra ima više nego otprilike trostruku masu sunca, gravitacija bi se svladala do te mjere da bi sama pala u jedinstvenu točku, ili singularnost, koja se shvaća kao beskonačno gusta jezgra crne rupe.
Rezultirajuća nenaseljiva crna rupa imala bi tako snažno gravitacijsko povlačenje da je ne bi mogla izbjeći ni svjetlost. Ako se tada nađete na horizontu događaja - točki u kojoj svjetlost i materija mogu proći samo prema unutra, kao što je predložio njemački astronom Karl Schwarzschild - nema spasa. Prema Massey-ju, plimne sile bi vaše tijelo smanjile u nizove atoma (ili „spaghetifikacija“, kao što je također poznato) i objekt bi na kraju završio slomljen u singularnosti. Ideja da biste mogli iskočiti negdje - možda s druge strane - čini se potpuno fantastičnom.
Što je s crvotočinom?
Ili je? Tijekom godina, znanstvenici su proučavali mogućnost da bi crne rupe mogle biti rupe u druge galaksije. Oni čak mogu biti, kao što su neki sugerirali, put u drugi svemir.
Takva ideja je lebdjela okolo neko vrijeme: Einstein se udružio s Nathanom Rosenom na teoretskim mostovima koji spajaju dvije različite točke u prostoru-vremenu 1935. No, novo je tlo stekao 1980-ih kada je fizičar Kip Thorne - jedan od svjetskih vodeći stručnjaci za astrofizičke implikacije Einsteinove opće teorije relativnosti - pokrenuli su raspravu o tome mogu li objekti fizički prolaziti kroz njih.
"Čitanje popularne knjige Kip Thornea o crvotočinama ono je što me je kao dijete prvo oduševilo fizikom", rekao je Massey. Ali ne čini se vjerovatno da postoje crvotočine.
Doista, Thorne, koji je dao stručni savjet produkcijskom timu za holivudski film Interstellar, napisao je: "Ne vidimo predmete u našem svemiru koji bi mogli postati crvotočine kako stare", u svojoj knjizi "The Science of Interstellar" (WW Norton i Tvrtka, 2014). Thorne je za Space.com rekao da će putovanja kroz teoretske tunele najvjerojatnije ostati znanstvena fantastika, a sigurno nema čvrstih dokaza da bi crna rupa mogla dopustiti takav prolaz.
No, problem je što se ne možemo približiti samom sebi i uvjeriti se. Zašto, čak i ne možemo fotografirati bilo što što se događa unutar crne rupe - ako svjetlost ne može pobjeći od njihove ogromne gravitacije, onda ništa ne može preskočiti kamerom. Kako sada stoji, teorija sugerira da se sve što nadilazi horizont događaja jednostavno doda u crnu rupu i, štoviše, jer se vrijeme iskrivljuje blizu ove granice, čini se da će se to odvijati nevjerojatno sporo, pa odgovori neće biti brzi u tisku.
"Mislim da je standardna priča da vode do kraja vremena", rekao je Douglas Finkbeiner, profesor astronomije i fizike na Sveučilištu Harvard. "Dani promatrač neće vidjeti kako njihov prijatelj astronaut pada u crnu rupu. Jednostavno će postajati crveniji i blijeđi kad se približe horizontu događaja. No, prijatelj padne pravo na mjesto zauvijek." Što god to značilo. "
Možda crna rupa vodi do bijele rupe
Dakako, ako crne rupe dovedu do drugog dijela galaksije ili nekog drugog svemira, s njima bi trebalo postojati nešto suprotno. Može li ovo biti bijela rupa - teorija koju je iznio ruski kozmolog Igor Novikov 1964. godine? Novikov je predložio da se crna rupa poveže s bijelom rupom koja postoji u prošlosti. Za razliku od crne rupe, bijela rupa će dopustiti da svjetlost i materija ostave, ali svjetlost i materija neće moći ući.
Znanstvenici su nastavili istraživati potencijalnu vezu crne i bijele rupe. U svojoj studiji iz 2014. objavljenoj u časopisu Physical Review D, fizičari Carlo Rovelli i Hal M. Haggard tvrdili su da "postoji klasična metrika koja zadovoljava Einsteinove jednadžbe izvan ograničenog prostora-vremena, gdje se materija urušava u crnu rupu, a zatim izlazi iz neko vrijeme. " Drugim riječima, sav materijal koji su crne rupe progutale mogao bi se izdubiti, a crne rupe mogu postati bijele rupe kad umru.
Daleko od uništavanja podataka koje upija, zaustavio bi se urušavanje crne rupe. Umjesto toga, iskusio bi kvantni odboj, koji omogućava informacijama da pobjegnu. Da je to slučaj, bacilo bi malo svjetla na prijedlog bivšeg kozmologa sa sveučilišta Cambridge i teoretskog fizičara Stephena Hawkinga koji je u 1970-ima istraživao mogućnost da crne rupe emitiraju čestice i zračenje - toplinsku toplinu - kao rezultat kvantnih kolebanja ,
"Hawking je rekao da crna rupa ne traje vječno", rekao je Finkbeiner. Hawking je izračunao da će zračenje crnom rupom izgubiti energiju, smanjiti se i nestati, kao što je opisano u njegovom radu iz 1976. objavljenom u časopisu Physical Review D. S obzirom na njegove tvrdnje da će zračenje biti slučajno i ne sadrži podatke o tome što je palo, crna rupa, nakon eksplozije, izbrisala bi mnoštvo informacija.
To je značilo da se Hawkingova ideja ne slaže s kvantnom teorijom, koja kaže da se informacije ne mogu uništiti. Fizika navodi da informacije jednostavno postaje teže pronaći jer, ako se izgube, postaje nemoguće znati prošlost ili budućnost. Hawkingova ideja dovela je do paradoksa informacija o crnoj rupi i dugo je zbunjivala znanstvenike. Neki kažu da je Hawking jednostavno pogriješio, a sam je čovjek čak izjavio da je pogriješio tijekom znanstvene konferencije u Dublinu 2004. godine.
Dakle, vraćamo li se konceptu crnih rupa koje emitiraju sačuvane informacije i izbacuju ih natrag kroz bijelu rupu? Može biti. U svojoj studiji iz 2013. objavljenoj u časopisima Physical Review Letters, Jorge Pullin na Državnom sveučilištu Louisiana i Rodolfo Gambini na Sveučilištu Republike u Montevideu u Urugvaju primijenili su kvantnu gravitaciju petlje na crnu rupu i otkrili da se gravitacija povećava prema jezgri, ali smanjuje i ploncira sve što je ulazilo u drugu regiju svemira. Rezultati su dali dodatnu vjerodostojnost ideji da crne rupe služe kao portal. U ovom istraživanju, singularnost ne postoji, pa ne formira neprobojnu prepreku koja na kraju sruši sve što naiđe. To također znači da informacije ne nestaju.
Možda crne rupe ne idu nigdje
Ipak, fizičari Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski i James Sully još uvijek vjeruju da je Hawking mogao nešto postići. Radili su na teoriji koja je postala poznata kao AMPS vatrozid ili hipoteza vatrozida o crnoj rupi. Prema njihovim proračunima, kvantna mehanika bi izvedivo mogla pretvoriti horizont događaja u divovski vatreni zid i sve što dođe u kontakt izgorjelo bi u trenu. U tom smislu, crne rupe ne vode nikuda, jer se ništa ne može ući unutra.
To, međutim, krši Einsteinovu opću teoriju relativnosti. Netko koji prelazi horizont događaja zapravo ne bi trebao osjećati velike poteškoće jer bi objekt bio u slobodnom padu i, na temelju principa ekvivalencije, taj objekt - ili osoba - ne bi osjećao ekstremne efekte gravitacije. Mogla bi slijediti zakone fizike prisutne drugdje u svemiru, ali čak i ako ne bude protiv Einsteinova načela, to bi narušilo kvantnu teoriju polja ili sugeriralo da informacije mogu biti izgubljene.
Crna rupa neizvjesnosti
Pođite još jednom Hawkingu. Godine 2014. objavio je studiju u kojoj je izbjegao postojanje horizonta događaja - što znači da se tu nema što gorjeti - rekavši da bi gravitacijski kolaps umjesto toga stvorio "prividni horizont".
Ovaj bi horizont suspendirao svjetlosne zrake pokušavajući se odmaknuti od jezgre crne rupe i postojao bi "vremenski period". Po njegovom preispitivanju, prividni horizonti privremeno zadržavaju materiju i energiju prije nego što ih se rastvaraju i puštaju kasnije niz liniju. Ovo se objašnjenje najbolje uklapa u kvantnu teoriju - koja kaže da se informacije ne mogu uništiti - i, ako se ikad dokaže, sugerira da bi išta moglo pobjeći iz crne rupe.
Hawking je otišao toliko daleko da je rekao da crne rupe možda uopće ne postoje. "Crne rupe trebale bi redefinirati kao metastabilno vezana stanja gravitacijskog polja", napisao je. Ne bi bilo jedinstvenosti, i dok bi se prividno polje zbog gravitacije kretalo prema unutra, ono nikada ne bi stiglo do središta i postalo bi konsolidirano unutar guste mase.
Pa ipak, sve što se emitira neće biti u obliku progutanih informacija. Bilo bi nemoguće shvatiti u što je ušlo gledajući ono što izlazi, što stvara vlastite probleme - ni najmanje za, recimo, čovjeka koji se našao u tako alarmantnom položaju. Nikad se više ne bi osjećali isto!
Jedno je sigurno, ovaj misterij će progutati još mnogo znanstvenih sati za dugo vremena. Rovelli i Francesca Vidotto nedavno su sugerirali da se sastojak tamne materije može formirati ostacima isparenih crnih rupa, a Hawkingov papir o crnim rupama i 'mekoj kosi' objavljen je 2018. godine i opisuje kako čestice nulte energije ostaju oko točke nema povratka, horizont događaja - ideja koja sugerira da se informacije ne gube, već bilježe.
To je letelo ispred teoreme o ne-kosi koju je izrazio fizičar John Archibald Wheeler i radio je na osnovu toga da bi dvije crne rupe bile nerazlučive za promatrača jer nijedan od pseudo-naboja fizike čestica neće biti sačuvan. To je ideja koja naučnici mora razgovarati, ali postoji neki način prije nego što se to shvati kao odgovor kamo vode crne rupe. Kad bismo samo mogli pronaći način da skoknemo u jedno.
