Γρηγόρης ΠαπουτσήςΤου Γρηγόρη Παπουτσή

Στις αρχές του 11ου αιώνα μία λάμψη τράβηξε την προσοχή στον σκοτεινό ουρανό. Για δύο χρόνια συνέχιζε να φωτοβολεί και να αποτελεί σημείο αναφοράς για τους παρατηρητές της εποχής. Πρόκειται για μία σουπερνόβα, δηλαδή μία έκρηξη στο τέλος της ζωής ενός αστεριού. Μέχρι τον 20ο αιώνα όμοια παρατήρηση δεν παρουσιάστηκε στην περιοχή αυτή, όμως τότε στο ίδιο σημείο ανιχνεύτηκαν ορισμένες ακτινοβολίες. Είχε σχηματιστεί πλέον ένα μυστηριώδες ουράνιο αντικείμενο, μία μαύρη τρύπα!

Η δημιουργία

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας προέβλεψε την ύπαρξή της όταν συγκεντρώνεται τεράστια ποσότητα μάζας. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα, τόσο ισχυρότερη είναι η βαρυτική έλξη. Μία μαύρη τρύπα μπορεί να σχηματιστεί στο τέλος της ζωής ενός γιγαντιαίου άστρου και τίποτα δεν μοιάζει ικανό να δραπετεύσει από μέσα της, ούτε το ίδιο το φως που ταξιδεύει με 300.000 km/s. Σκέψου τη Γη συμπιεσμένη στο μέγεθος ενός κερασιού. Μεγάλη ποσότητα μάζας συγκεντρωμένη σε περιορισμένο χώρο. Η βαρύτητα της θα γινότανε τόσο ακραία που η ταχύτητα διαφυγής για ένα σώμα θα ξεπερνούσε αυτήν του φωτός! Η καμπύλωση του χωροχρόνου σε ένα τέτοιο σημείο θα ήταν τόσο έντονη, ώστε πρακτικά να θεωρείται αποκομμένο από το υπόλοιπο Σύμπαν.

Η μορφή

Μια μαύρη τρύπα δεν μοιάζει με μία οπή, αλλά με μία τρισδιάστατη σφαίρα που αν κοιτάξεις μέσα της κυριαρχεί το απόλυτο σκοτάδι. Αποτελεί ένα πραγματικά αδιανόητο ουράνιο αντικείμενο, όπου oι νόμοι της Φυσικής αδυνατούν είτε να το περιγράψουν αναλυτικότερα είτε να προβλέψουν τι συμβαίνει στο εσωτερικό της. Παρόλο που οι μαύρες τρύπες δεν έχουν δικό τους φως, μπορούν να γίνουν αντιληπτές λόγω του τεράστιου βαρυτικού τους πεδίου. Γειτονικά άστρα φαίνονται να γυρίζουν με κέντρο ένα αόρατο σημείο! Η ύλη που έλκεται από μία μαύρη τρύπα σχηματίζει έναν δίσκο γύρω της, ο οποίος αναπτύσσει τεράστιες ταχύτητες με αποτέλεσμα να εκπέμπει ακτινοβολία υψηλής ενέργειας και έτσι είναι ορατός. Οι μεγάλες μαύρες τρύπες βρίσκονται τις περισσότερες φορές στο κέντρο μεγάλων γαλαξιών. Η μεγαλύτερη που έχει παρατηρηθεί, έχει μέγεθος 21 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερο από τον Ήλιο.

Περιπτώσεις

  • Ο Σβάρτσιλντ

Ο Σβάρτσιλντ ανέφερε πως οποιοδήποτε σώμα μπορεί να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα αρκεί η πυκνότητα του να γίνει άπειρη και η ταχύτητα διαφυγής ενός σώματος να ξεπερνά τη ταχύτητα του φωτός. Σκέψου πως αν συμπυκνώναμε τη μάζα του Ήλιου σε μία σφαίρα ακτίνας 3 χιλιομέτρων, τότε θα είχε μετατραπεί σε μαύρη τρύπα.

Όρισε την απλούστερη μαύρη τρύπα η οποία δεν περιστρέφεται σχεδόν καθόλου και είναι ηλεκτρικά ουδέτερη. Στο κέντρο της βρίσκεται συγκεντρωμένη ολόκληρη η μάζα σε ένα σημείο που ονομάζεται μοναδικότητα. Το σημείο αυτό περιβάλλεται από ένα σφαιρικό κέλυφος, τον ορίζοντα γεγονότων, μέσα στον οποίο κυριαρχεί το απόλυτο σκοτάδι.

  • Ο Κερ

Η πιο ενδιαφέρουσα και ρεαλιστική περίπτωση μαύρης είναι αυτή του Κερ, η οποία είναι επίσης ηλεκτρικά ουδέτερή αλλά περιστρέφεται. Μία τέτοια μαύρη τρύπα στο κέντρο της αντί για σημείο έχει έναν δακτύλιο όπου ο χώρος μέσα του είναι μία κανονική περιοχή του χωροχρόνου. Μια ενδιαφέρουσα υπόθεση αναφέρει πως αν κάποιος καταφέρει να περάσει μέσα από αυτόν τον δακτύλιο, τότε θα μεταφερθεί σε μία άλλη περιοχή του χωροχρόνου. Λειτουργεί δηλαδή σαν μία σκουληκότρυπα! Ο χρόνος ρέει ανεπηρέαστος μέσα σε μία σκουληκότρυπα, για έναν παρατηρητή όμως έξω από αυτή θα ρέει με διαφορετικό ρυθμό, έτσι φαίνεται να λειτουργεί σαν μία χρονομηχανή.

Το παράδοξο της χαμένης πληροφορίας

Το ερώτημα που ακόμα απασχολεί τους μελετητές αφορά το κατά πόσο χάνεται πληροφορία. Εφόσον τίποτα δεν μπορεί να εξέλθει από μία μαύρη τρύπα, η πληροφορία οποιουδήποτε είδους μετέφερε το κάθε αντικείμενο θα σκεφτόταν κανείς πως χάνεται μία για πάντα. Κάτι τέτοιο όμως θα οδηγούσε πιθανότατα σε κατάρρευση της κβαντομηχανικής.

Ο Stephen Hawking το 2015 δήλωσε πως: «Οι μαύρες τρύπες δεν είναι οι αιώνιες φυλακές που κάποτε σκεφτήκατε, αν αισθάνεστε ότι είστε παγιδευμένοι σε μια μαύρη τρύπα, μην τα εγκαταλείπετε. Και ίσως να υπάρχει λίγο ίχνος από σας που παραμένει και στο εξωτερικό». Με λίγα λόγια, πίστευε πως οι μαύρες τρύπες διαθέτουν ένα στεφάνι από «μαλακά μαλλιά» τα οποία συγκρατούν την πληροφορία όλων όσων έχουν απορροφηθεί. Στη συνέχεια, όλες αυτές οι πληροφορίες μεταφέρονται ανακατεμένες μέσω της ακτινοβολίας που εκπέμπεται και ονομάζεται ακτινοβολία Hawking. Έτσι κάποια στιγμή η μαύρη οπή τελικά εξατμίζεται αφού εκπέμπεται μάζα-ενέργεια της συνεχώς.

Μία πιο τολμηρή προσέγγιση περιγράφει τις μαύρες τρύπες σαν χρονομηχανές ή σαν πύλες για άλλα σύμπαντα. Έτσι και η πληροφορία θα μπορούσε να μεταφέρεται σε άλλο σύμπαν ή να επιστρέφει πίσω στο χρόνο, μία όμως συγκεκριμένη χρονική στιγμή! Τη στιγμή που δημιουργήθηκε η ίδια! Έτσι αποφεύγονται οι χρονοταξιδιώτες από μελλοντικές εποχές.

Πλέον, οι μαύρες τρύπες δεν αποτελούν απλώς μία εικασία, αλλά η ύπαρξη τους κρίνεται αναμφισβήτητη, καθώς το 2019 δόθηκε στη δημοσιότητα η εικόνα μίας εξ αυτών. Ίσως αποτελεί την αρχή ενός κουβαριού που θα αρχίσει να ξετυλίγεται και είναι γεμάτο μυστήρια του Σύμπαντος. Το σίγουρο είναι πως βρίσκονται στο επίκεντρο της προσοχής του επιστημονικού κόσμου, αφού τα αναπάντητα ερωτήματα συνεχίζουν να διεγείρουν τη φαντασία.

Βιβλιογραφία

  • Thomas McMullan, May 9 2018, What are black holes?
  • Κωνσταντίνος Μπενάς, Μαύρη τρύπα του Κερ:Μια κοσμική γεννήτρια αλλά και ένα θαυματουργό ουράνιο σώμα.
  • Paul Sutter, June 6 2019, What is the black hole information paradox?

Παπουτσής Γρηγόρης*
Απόφοιτος του τμήματος Φυσικής Ιωαννίνων με εξειδίκευση στη φιλοσοφία των μαθηματικών από το ΕΚΠΑ.
Επικοινωνία: dipoloeducation@gmail.com, 6981613616

Ακολουθήστε την επίσημη σελίδα μας στο facebook schooltime για να βλέπετε τις σημαντικότερες ειδήσεις στη ροή του schooltime.gr

Ακολουθήστε μας στο facebook