2019m. Hipotezė: Kritimas Į Juodąją Skylę

Jei įkristumėte į juodąją skylę, kur atsidurtumėte? Įsivaizduokite, kad ketinate nerti į juodąją skylę, rašoma livescience.com. Kas jūsų laukia, jeigu kažkokiu būdu vis dėlto pavyktų išgyventi? Kur patektumėte, kokių jaudinančių istorijų galėtumėte papasakoti, jei sugebėtumėte grįžti namo?

Anot profesoriaus Richardo Massey, paprastas atsakymas į visus šiuos klausimus yra: „Kas žino?“. Būdamas Daramo universiteto Skaičiuojamosios kosmologijos instituto Karališkosios draugijos mokslo darbuotoju, R. Massey puikiai supranta, kad juodųjų skylių paslaptys yra milžiniškos.

„Krintant įvykių horizontu peržengiama galutinė riba. Kirtus įvykių horizontą, niekam nepavyktų susisiekti su išoriniu pasauliu, – sakė jis. – Jus tiesiog į skutelius sudraskytų didžiulė gravitacijos jėga, todėl nemanau, kad įkritus į juodąją skylę galima kur nors nukeliauti.“

Toks atsakymas skamba apviliančiai ir skausmingai, tačiau, ko gero, jis yra teisingas. Nuo tada, kai Alberto Einsteino bendroji reliatyvumo teorija numatė juodųjų skylių egzistavimą, susiedama erdvėlaikį su gravitacija, mokslininkai žinojo, kad juodosios skylės susidaro, kai „mirus“ didelei žvaigždei lieka nedidelis tankus branduolys. Kadangi toks branduolys vidutiniškai sveria daugiau nei trys mūsų Saulės, dėl gravitacijos jėgos jis susitraukia iki taško, vadinamo singuliarumu, kuris, manoma, ir yra nepaprastai tanki juodosios skylės šerdis.

Juodosios skylės gravitacinė trauka yra tokia stipri, kad net šviesa negali jos įveikti. Taigi, atsidūrus ties įvykių horizontu (tai yra riba, kurią peržengus materija ir šviesa gali judėti tik gilyn į juodąją skylę, kaip teigė vokiečių astronomas Karlas Schwarzschildas), pabėgti nepavyks. R. Massey nuomone, didžiulės jėgos išskaidytų jūsų kūną į atomus ir galiausiai jie būtų sutraiškyti singuliarume. Idėja, kad galite atsidurti kažkur kitur, pavyzdžiui, kitoje juodosios skylės pusėje, yra iš mokslinės fantastikos srities.

O jei įskrietumėte į kirmgraužą?

Mokslininkai ne kartą nagrinėjo teoriją, kad juodosios skylės yra kirmgraužos, vedančios į kitas galaktikas. Kaip kažkas pasiūlė, galbūt net yra kelias į kitą visatą.

Tokios idėjos nėra naujos. A. Einsteinas bendradarbiavo su Nathanu Rosenu ir 1935 m. sukūrė teoriją apie „tiltus“, jungiančius skirtingus erdvėlaikio taškus. XX a. devintajame dešimtmetyje jų teorija susilaukė daugiau dėmesio, kai fizikas Kipas Thorne’as, vienas žymiausių pasaulio ekspertų A. Einsteino bendrosios reliatyvumo teorijos pritaikymo astrofizikai srityje, iškėlė klausimą, ar objektai galėtų fiziškai keliauti kirmgraužomis.

„Vaikystėje perskaityta K. Thorne’o populiarioji knyga apie kirmgraužas paskatino domėtis fizika“, – prisipažino R. Massey. Deja, dėl kirmgraužų egzistavimo kyla daug abejonių.

K. Thorne’as, konsultavęs filmo „Tarp žvaigždžių“ („Interstellar“) kūrėjus, savo knygoje „The Science of Interstellar“ rašo: „Mūsų visatoje kol kas nėra jokių objektų, galinčių tapti kirmgraužomis.“ Portalui space.com mokslininkas pasakojo, kad kelionės šiais teoriniais tuneliais greičiausiai taip ir liks moksline fantastika ir kad nėra jokių tvirtų įrodymų, jog juodosios skylės galėtų atlikti kirmgraužų funkciją.

Didžiausia problema yra ta, jog negalime priskristi pakankamai arti ir patyrinėti šiuos paslaptingus objektus. Tiesą sakant, negalime net nufotografuoti, kas vyksta juodosios skylės viduje. Kadangi šviesa neįveikia jos didžiulės gravitacijos jėgos, kamera nieko nepavyks užfiksuoti.

Kol kas visuotinai priimta teorija yra tokia: bet koks objektas, kirtęs įvykių horizontą, paprasčiausiai tampa juodosios skylės dalimi. Be to, kadangi ties įvykių horizonto riba laikas iškraipomas, stebint iš šalies atrodytų, kad objektas į juodąją skylę krinta nepaprastai lėtai. Panašu, jog greitu metu atsakymų tikėtis neverta.

„Manau, kad objektas tam tikra prasme kristų amžinai, ؎ pareiškė Harvardo universiteto astronomijos ir fizikos profesorius Douglasas Finkbeineris. – Toli esantis stebėtojas nepamatys, kaip jo bičiulis astronautas įkrinta į juodąją skylę. Artėdamas prie įvykių horizonto, jis darysis vis raudonesnis ir blankesnis (dėl gravitacinio raudonojo poslinkio). Tačiau bičiulis visgi įkrinta į juodąją skylę... amžiams, kad ir ką tai reiškia.“

Ar juodosios skylės veda į baltąsias skyles?

Tarkime, kad juodosios skylės visgi yra vartai į kitą galaktikos dalį ar net kitą visatą. Tokiu atveju kitoje pusėje taip pat turi kažkas būti. 1964 m. rusų kosmologas Igoris Novikovas pateikė teoriją, kad anapus juodosios skylės yra... baltoji skylė. I. Novikovo teigimu, juodoji skylė yra susijungusi su baltąja skyle, kuri egzistuoja praeityje. Skirtingai nuo juodosios skylės, baltoji skylė leidžia šviesai ir materijai ištrūkti, tačiau šviesa ir materija negali į ją patekti.

Mokslininkai tebeieško galimo ryšio tarp juodųjų ir baltųjų skylių. 2014 m. žurnale „Physical Review D“ išspausdinto tyrimo autoriai fizikai Carlo Rovelli ir Halas M. Haggardas teigė, kad „yra klasikinė metrika, tenkinanti A. Einsteino lygtis už baigtinio erdvėlaikio regiono ribų, kur materija sukrinta į juodąją skylę ir išlekia pro baltąją skylę“. Kitaip tariant, visa juodųjų skylių praryta materija gali būti išspjaunama, o savo gyvavimo pabaigoje juodosios skylės gali tapti baltosiomis.

Tokiu atveju juodosios skylės kolapsas būtų sustabdytas, ir visa joje esanti informacija išliktų. Juodoji skylė patirtų kvantinį šuolį, ir informacija galėtų ištrūkti. Ši hipotezė paremtų Kembridžo universiteto kosmologo ir fiziko teoretiko Stepheno Hawkingo teorijas. XX a. aštuntajame dešimtmetyje jis svarstė galimybę, kad juodosios skylės skleidžia daleles ir spinduliuotę (šilumą) dėl kvantinių svyravimų.

„S. Hawkingas sakė, kad juodosios skylės amžinai negyvuoja“, ؎ prisiminė D. Finkbeineris. S. Hawkingas apskaičiavo, kad dėl spinduliuotės juodoji skylė pamažu neteks energijos, sumažės ir galiausiai išnyks, kaip aprašyta jo darbe, kuris 1976 m. buvo išspausdintas žurnale „Physical Review D“. Atsižvelgiant į mokslininko teiginius, kad išspinduliuota šiluma yra atsitiktinė ir neturi jokios informacijos apie tai, kas įkrito į juodąją skylę, sprogus juodajai skylei milžiniškas informacijos kiekis paprasčiausiai pradingtų.

Vadinasi, S. Hawkingo teorija prieštarauja kvantinei teorijai, kurioje teigiama, jog informacija negali būti sunaikinta. Remiantis fizikos dėsniais, informaciją tiesiog pasidaro sunkiau aptikti. Jei ji pradingtų, būtų neįmanoma sužinoti apie praeitį, dabartį ar ateitį. S. Hawkingo idėja privedė prie „juodųjų skylių informacijos paradokso“, kuris daug metų neduoda ramybės mokslininkams. Vieni teigia, kad S. Hawkingas paprasčiausiai suklydo. Beje, 2004 m. Dubline surengtos mokslinės konferencijos metu garsusis fizikas prisipažino padaręs klaidą.

Ar tai reiškia, kad teorija apie juodąsias skyles, išmetančias sukauptą informaciją per baltąsias skyles, yra teisinga? Galbūt. 2013 m. tyrimo, išspausdinto žurnale „Physical Review Letters“, autoriai Jorge Pullinas, dirbantis Luizianos valstijos universitete, ir Rodolfo Gambini iš Urugvajuje, Montevidėjuje, esančio Respublikos universiteto pritaikė kilpinę kvantinę gravitaciją juodajai skylei ir atrado, kad gravitacija didėdavo artėjant prie branduolio, tačiau vėliau susilpnėdavo ir išmesdavo bet kokį į juodąją skylę patekusį objektą į kitą visatos regioną. Tyrimo rezultatai sustiprino hipotezę, kad juodosios skylės yra savotiški portalai. Tiesa, šių mokslininkų atliktoje studijoje singuliarumas neegzistuoja, todėl nesusidaro ir neįveikiamas barjeras, sutraiškantis visą materiją. Taip pat tai reiškia, jog informacija niekur nedingsta.

Galbūt juodosios skylės apskritai niekur neveda?

Vis dėlto fizikai Ahmedas Almheiris, Donaldas Marolfas, Josephas Polchinskis ir Jamesas Sully tebemanė, kad S. Hawkingo pradinė hipotezė bent iš dalies buvo teisinga. Jie pasiūlė teoriją, kuri vėliau buvo pavadinta „AMPS ugnies siena“, arba „Juodųjų skylių ugnies sienos hipoteze“. Remiantis šių mokslininkų skaičiavimais, dėl kvantinės mechanikos principų įvykių horizontas galėtų virsti milžiniška ugnies siena, ir bet koks ją pasiekęs objektas akimirksniu sudegtų. Šiuo atveju juodosios skylės niekur neveda, nes niekas negali pakliūti į jų vidų.

Kita vertus, tai prieštarauja A. Einsteino bendrajai reliatyvumo teorijai. Įvykių horizontą kertantis asmuo neturėtų susidurti su jokiais dideliais sunkumais, nes patirtų laisvąjį kritimą, todėl, remiantis ekvivalentiškumo principu, asmuo (arba daiktas) nejustų ekstremalaus gravitacijos poveikio. Gali būti, kad tokiu atveju galiotų mums nežinomi fizikos dėsniai, tačiau net jei „AMPS ugnies sienos“ hipotezė neprieštarautų A. Einsteino bendrosios reliatyvumo teorijos principams, ji pažeistų kvantinio lauko teoriją – arba tektų pripažinti, kad informacija visgi gali būti sunaikinta.

Publikuoja: Delfi.lt