Morda črne luknje sploh niso to, kar mislimo, da so

YOUTUBE/Nasa Goddard (zajem zaslona)

Že nekaj časa med astrofiziki kroži teorija, po kateri črne luknje morda sploh ne obstajajo, ali pa so "nekaj čisto drugega, kot mislimo".

Čeprav se včasih zdi, da veliko vemo o vesolju in sploh o vsem, to še zdaleč ni tako.

Posebej za vesolje se pogosto izkaže, da ni le “tako čudno, kot mislimo, da je, ampak veliko bolj čudno, kot si to sploh lahko predstavljamo”, kot je o njem nekoč dejal fizik Werner Heisenberg, ki je sicer preučeval najmanjše delce snovi.

Ena bolj čudnih stvari v vesolju so zagotovo črne luknje. Sprva so to bili zgolj hipotetični objekti, ki so izhajali iz Einsteinove splošne teorije relativnosti, potem pa smo jih v resnici “zagledali”. Natančneje, odkrili smo objekte v vesolju, ki se obnašajo in so videti tako, kot predvideva teorija in smo jim nadeli ime “črne luknje”. In če parafraziramo staro reklo o raci, “če je videti kot črna luknja in se obnaša kot črna luknja, potem mora biti črna luknja”. Ampak zdaj kaže, da morda tudi ni.

Že nekaj časa namreč med astrofiziki kroži teorija, po kateri črne luknje sploh niso takšne, kot mislimo, da so, ampak so v resnici objekti, ki so jim nadeli ime “gravastarji”, a o tem malce kasneje.

Težava je namreč v tem, da črnih lukenj še nikoli nismo videli od dovolj blizu in vse naše znanje in teoretiziranje o njih izhaja samo iz teoretičnih predpostavk, zapletenih izračunov, računalniških simulacij in redkih posnetkov, ki smo jih do zdaj uspeli narediti. Druga, še večja težava je v tem, da iz teorije, ki trenutno velja o črnih luknjah, izhajajo paradoksi, ki jih današnja znanost ne zna razrešiti.

Težave s črnimi luknjami: paradoksi in singularnost

Eden od paradoksov, ki je povezan s črnimi luknjami, se imenuje “informacijski paradoks”.

Ta izhaja iz lastnosti črne luknje, da v njenem središču obstaja točka z neskončno gostoto, tako imenovana singularnost, kjer se naše razumevanje fizike razblini in nič več nima smisla. Nobena informacija o snovi, ki pade v črno luknjo, ne more več nazaj v vesolje, tako da nikoli ne moremo vedeti popolnoma, kaj se dogaja za “dogodkovnim horizontom oziroma obzorjem”. Ta horizont predstavlja nevidno in neotipljivo “mejo”, opisano zgolj kot razdaljo od središča črne luknje, za katero dobesedno izgine vse, kar jo prečka. Karkoli se že dogaja s snovjo za horizontom, namreč ne moremo videti. Iz teorije sicer izhaja, da se snov, ki pada proti singularnosti v središču, pod vplivom izredno močne gravitacije “raztegne v špaget”, potem pa pade v središče. To pa je bolj ali manj vse, kar lahko z dosedanjim znanjem domnevamo. Kaj se s snovjo zgodi potem, je za vedno skrito.

Dolgo časa so menili, da se osnovne informacije o snovi, ki pade v črno luknjo, na nek način “ohranijo” v črni luknji in da so te večne. Potem pa je Stephen Hawking pokazal, da črne luknje sčasoma “izparijo” oziroma izginejo. Vendar, če izginejo, z njimi izginejo tudi vse informacije o snovi, ki je pred tem padla vanje. To pa je v nasprotju z enim od postulatov kvantne mehanike, ki pravi, da noben fizikalni sistem ne more ustvariti ali uničiti informacij. Torej: črne luknje uničijo nekaj, česar ne morejo uničiti. To je paradoks.

Fiziki pa paradoksov in singularnosti ne marajo preveč, ker “rušijo red” in “povzročajo glavobole”. In če se pojavljajo, je verjetno nekaj narobe s predpostavkami ali pa s sklepanjem. Skratka, verjetno nam nekaj manjka, piše portal IFL Science.

Fiziki in matematiki so poskušali priti do zamisli, ki bi odpravile te težave, pri tem pa prišli tudi do nekaterih precej čudnih rezultatov. Eden izmed njih pravi, da je vesolje v resnici velikanski hologram in zato je tisto, čemur pravimo vesolje in ki ga vidimo ter občudujemo, v resnici le rezultat interakcij na neskončno oddaljeni meji. Zveni čudno in nerazumljivo? Seveda, preberite še enkrat drugi stavek na začetku članka.

Gravastar je lahko rešitev težav. Hura!? Ne tako hitro …

Skratka, astrofiziki si že, odkar vedo zanj, tega paradoksa želijo znebiti. In to lahko, poleg teoretiziranj, morda naredijo tudi z razlagami opazovanj. Ena izmed priložnosti je teorija o “gravastarjih”. Beseda izhaja iz kombinacije besed za gravitacijo, vakuum in zvezdo (angleško: gravitation, vacuum, star). Zamisel je stara slabih dvajset let, natančneje iz leta 2002, ko sta jo predlagala astrofizika Pawel O. Mazur in Emil Mottola.

Če se izognemo podrobnostim, teorija pravi, da črnih lukenj, kot jih poznamo, v vesolju ni, pač pa so to predmeti, ki sicer videti kot to, kar imenujemo črne luknje, vendar imajo drugačne lastnosti. To so “gravastarji”.

Za razliko od črnih lukenj gravastarji nimajo “dogodkovnega horizonta”, ki je nevidna in nematerialna “meja”, pač pa povsem otipljivo mejo, kot je recimo površina našega planeta. Le da gravastarjeva meja ni “trdna” ali “tekoča”, pač pa v enem izmed stanj snovi, ki ga fiziki imenujejo “Bose-Einsteinov kondenzat” (BEC). V tem stanju se atomi ohladijo do tako nizke energije, da začnejo delovati kot en sam “super atom”. Ta meja iz BEC je po teoriji o gravastarjih zelo tanka, zelo hladna, zelo temna in praktično neuničljiva lupina. Hkrati pa ima tudi lastnost, da preprečuje, da bi pri nastanku gravastarja nastala tudi singularnost.

“Ker je ta nova oblika snovi zelo trpežna, vendar nekoliko prožna, kot mehurček, bi se vse, kar bi se ujelo v njeno močno gravitacijo in se vanjo zaletelo, izničilo in nato asimiliralo v lupino gravastarja,” je dejal Mottola v izjavi po objavi prvega članka o gravastarjih.

V glavnem, teorija o gravastarjih se znebi tako “dogodkovnega obzorja”, kot tudi singularnosti v središču in celo informacijskega paradoksa, saj se snov, ki jo z gravitacijo privleče gravastar, “združi” z lupino, ki je neuničljiva in zato informacija o snovi ne izgine.

Hura?! Ne še čisto. Čeprav je teorija zanimiva, pa mora, če hoče, da jo znanost sprejme, razložiti tudi to, kar opazimo. Zdaj pa skupina znanstvenikov poroča, da so pri nekaterih črnih luknjah, ki so jih opazovali, našli lastnosti, ki podpirajo teorijo o gravastarjih. Študija je bila aprila objavljena v reviji Physical Review D.

Ena lastovka pa, kot vemo, še ne prinese pomladi. Možno je namreč, da obstajajo tako črne luknje kot gravastarji. Velika težava v tem primeru je, da bi bilo med njimi težko razlikovati. A obstajajo modeli, ki kažejo na to, kako bi to lahko storili. Zaradi tega bo, da bi teorijo o gravastarjih sprejeli, potrebnih še veliko opazovanj, predvsem pa razlag tega, kar “vidimo”.