Ako postoji jedna stvar koju gotovo svi znaju o crnim rupama, onda je to da iz njih ništa ne može pobjeći, čak ni svjetlost. Čak i kada bismo u crnu rupu poslali sondu, ona se nikada ne bi vratila kako bi nam otkrila šta je pronašla, piše Science Focus.
Sve što prijeđe horizont događaja, vanjsku granicu crne rupe, zauvijek nestaje iza vela izuzetno snažne gravitacije.
Ono što se nalazi iza horizonta događaja za nas je praktično nevidljivo. Ipak, to nije spriječilo naučnike da pokušaju otkriti šta se tamo krije. Radoznalost je jedan od razloga, ali postoji i mnogo važniji.
Odgovor bi mogao pomoći u rješavanju jednog od najvećih problema moderne fizike.
Dvije teorije koje se ne mogu pomiriti
Savremena fizika počiva na dvije izuzetno uspješne teorije.
Prva je Einsteinova Opća teorija relativnosti, koja objašnjava gravitaciju i kretanje zvijezda, planeta i galaksija.
Druga je kvantna mehanika, koja opisuje ponašanje atoma i subatomskih čestica.
Obje teorije izuzetno precizno objašnjavaju svijet u svojim područjima, ali se međusobno ne slažu. Gravitacija, kako je opisuje Opća teorija relativnosti, ne funkcioniše na kvantnom nivou, dok kvantna mehanika ne može objasniti gravitaciju.
Do danas ih niko nije uspio objediniti u jedinstvenu teoriju.
Crne rupe predstavljaju rijetku priliku da se obje teorije proučavaju na istom objektu.
„Imate svu masu jedne zvijezde sabijenu u nevjerovatno mali prostor. Tu su istovremeno važne i Opća teorija relativnosti i kvantna mehanika“, objašnjava Chris Akers, docent fizike na Univerzitetu Colorado Boulder.
Kada bismo uspjeli razumjeti šta se događa unutar crne rupe, možda bismo konačno mogli objediniti dvije najveće teorije fizike u jednu, takozvanu Teoriju svega.
Unutrašnjost crne rupe nije onakva kakvom je zamišljamo
Mnogi zamišljaju da se odmah nakon prelaska horizonta događaja prostor i vrijeme potpuno raspadaju.
Međutim, to nije sasvim tačno.
Kod dovoljno velikih crnih rupa prostor neposredno iza horizonta događaja mogao bi izgledati gotovo isto kao prostor neposredno ispred njega.
Kada biste prešli tu granicu, i dalje biste mogli vidjeti zvijezde oko sebe, iako vas niko izvana više ne bi mogao vidjeti.
Čak ni gravitacija ne bi odmah bila smrtonosna, sve dok ste dovoljno daleko od singularnosti, tačke u kojoj, prema sadašnjim teorijama, zakoni fizike prestaju važiti.
Međutim, kako biste joj se približavali, zakrivljenost prostor-vremena postajala bi sve veća.
Ogromne plimne sile počele bi rastezati tijelo jer bi dijelovi bliži singularnosti bili izloženi mnogo snažnijoj gravitaciji od onih udaljenijih.
Najveći problem je to što se singularnost ne može izbjeći.
„Jednom kada prijeđete horizont događaja, susret sa singularnošću postaje neizbježan“, kaže teorijski fizičar Luca Iliesiu s Univerziteta Kalifornija u Berkeleyju.
Drugim riječima, nije riječ o mjestu koje možete zaobići, ono se nalazi u vašoj budućnosti u prostor-vremenu.
Crna rupa možda nije trodimenzionalna
Jedna od najneobičnijih ideja u savremenoj fizici jeste da bi se unutrašnjost crne rupe možda mogla opisati kao dvodimenzionalna površina.
Ovaj koncept proizlazi iz otkrića Stephena Hawkinga da crne rupe emituju slabo zračenje i imaju entropiju.
Entropija predstavlja broj mogućih kvantnih stanja nekog sistema.
Kod običnih objekata ona raste sa zapreminom.
Kod crnih rupa, međutim, raste s površinom horizonta događaja.
„To je veoma neobična i duboka osobina gravitacije“, kaže Akers.
Iz toga je nastala ideja poznata kao holografski princip.
Prema toj teoriji, sve informacije o trodimenzionalnoj unutrašnjosti crne rupe zapravo su zapisane na njenoj dvodimenzionalnoj površini, slično hologramima koji stvaraju trodimenzionalnu sliku.
Kako napraviti mapu nečega što se ne može vidjeti?
Naučnici danas pokušavaju napraviti svojevrsnu „mapu“ između ova dva opisa crne rupe.
To nije mapa u klasičnom smislu, već više podsjeća na rječnik koji matematičke opise prevodi iz jednog modela u drugi.
Takav pristup već omogućava fizičarima da prave konkretna predviđanja, poput procjene kako se zapremina unutrašnjosti crne rupe mijenja tokom vremena.
Pojedina istraživanja čak ukazuju na to da unutrašnjost crne rupe možda nije ista tokom cijelog njenog postojanja.
Izvana sve crne rupe izgledaju gotovo identično bez obzira na starost, ali njihova unutrašnjost mogla bi se mijenjati kako vrijeme prolazi.
Za sada je to još uvijek teorijska pretpostavka.
Može li Hawkingovo zračenje otkriti tajnu?
Iako ništa ne može pobjeći iz crne rupe, postoji jedan izuzetak.
Stephen Hawking pokazao je da crne rupe emituju veoma slabo zračenje koje nastaje zbog kvantnih efekata u blizini horizonta događaja.
To zračenje polako odnosi energiju, zbog čega crna rupa tokom ogromnih vremenskih perioda postepeno isparava.
Do sada se smatralo da je Hawkingovo zračenje potpuno nasumično.
Međutim, pojedini fizičari vjeruju da bi u njemu mogli biti sačuvani tragovi onoga što se događalo unutar crne rupe.
„Zamislite da možete prikupiti sve Hawkingovo zračenje i da tačno znate stanje svakog fotona u svakom trenutku. Tada biste mogli postaviti pitanje: Je li moguće iz tog zračenja rekonstruisati ono što se događalo u unutrašnjosti crne rupe?“, kaže Iliesiu.
Ukoliko bi odgovor bio potvrdan, naučnici bi prvi put mogli indirektno proučavati ono što se nalazi iza horizonta događaja.
Za sada tehnologija potrebna za takav eksperiment ne postoji, ali fizičari smatraju da nije nemoguće da će jednog dana biti razvijena.
Zašto je ovo toliko važno?
Crne rupe predstavljaju jedinstvenu laboratoriju za proučavanje gravitacije i kvantne fizike.
Uspiju li naučnici razumjeti šta se događa u njihovoj unutrašnjosti, mogli bi riješiti jedan od najvećih problema moderne nauke – kako objediniti Opću teoriju relativnosti i kvantnu mehaniku.
„Ako razumijete kvantnu mehaniku crne rupe, u suštini razumijete kako gravitacija funkcioniše na kvantnom nivou“, zaključuje Iliesiu.