JESTE li se ikada pitali što se događa s materijom koja upadne u crnu rupi? Niste jedini. To je pitanje koje je iznjedrilo brojne paradokse. Mogući odgovor na njega pokušao je dati poznati fizičar Carlo Rovelli u jednom poglavlju svoje najnovije knjige.
Rovelli je talijanski teorijski fizičar i književnik koji je radio u Italiji, Sjedinjenim Državama i od 2000. godine u Francuskoj. Djeluje uglavnom na polju kvantne gravitacije, a objavio je i više djela iz područja povijesti i filozofije znanosti.
Dobitnik je brojnih znanstvenih nagrada i priznanja. Neke njegove knjige prevedene su na više desetaka svjetskih jezika, uključujući i hrvatski. 2019. godine časopis Foreign Policy uvrstio ga je na popis 100 najutjecajnijih svjetskih mislilaca
Odlomak u kojem pokušava odgovoriti na pitanje iz naslova preuzet je iz knjige There Are Places In The World Where Rules Are Less Important Than Kindness (Postoje mjesta na svijetu na kojima su pravila manje važna od dobrote' prev.a.), objavljene 5. studenoga u Velikoj Britaniji. Objavljen je u časopisu New Scientist.
Ima nešto paradoksalno u onome što znamo o crnim rupama. One su danas za astronome postale "normalni" objekti. Astronomi ih promatraju, broje i mjere. Ponašaju se točno onako kako je Einsteinova teorija predvidjela prije jednog stoljeća, kada nitko još nije ni sanjao da bi takvi osebujni objekti u stvarnosti mogli postojati. Dakle, one su pod kontrolom. No ipak i dalje ostaju krajnje tajanstvene.
S jedne strane imamo prekrasnu teoriju, opću relativnost, koju na spektakularan način potvrđuju astronomska promatranja, koja savršeno dobro objašnjava ono što astronomi vide: čudovišta koja gutaju zvijezde vrte se u vrtlozima i proizvode neizmjerno snažne zrake i druge "vragove". Svemir je iznenađujuć, šarolik, pun stvari koje nikada nismo predvidjeli ili zamišljali da postoje, ali koje su shvatljive. No s druge strane, još uvijek postoji jedno malo pitanje one vrste za koju su specijalizirana djeca kada odrasli pretjeraju s oduševljenjem: "Ali kamo odlazi sav materijal koji vidimo kako pada u crnu rupu?"
I tu stvari postaju teške. Einsteinova teorija pruža precizan i elegantan matematički opis čak i unutrašnjosti crnih rupa: ona ukazuje na put koji mora slijediti materijal koji pada u crnu rupu. Materija pada sve brže dok ne dosegne središnju točku. A onda... Tada Einsteinove jednadžbe gube svako značenje. Više nam ništa ne govore. Čini se da se tope poput snijega na suncu. Varijable postaju beskonačne i više ništa nema smisla. Jao.
Što se događa s materijom koja padne u središte crne rupe? Ne znamo.
Kroz naše teleskope vidimo kako pada i mentalno pratimo njezinu putanju dok ne stigne gotovo do središta, a tada više nemamo pojma što se dalje događa. Znamo od čega se sastoje crne rupe i izvana i iznutra, ali nedostaje nam presudan detalj: središte. No taj detalj ni slučajno nije beznačajan, jer sve što padne unutra (a u crne rupe koje promatramo na nebu stvari stalno nastavljaju padati) završi u središtu. Nebo je puno crnih rupa u kojima možemo vidjeti kako stvari nestaju, ali ne znamo što će biti s njima.
Pristupi kojima smo istraživali odgovore na ovo pitanje do sada su bili uglavnom nagađanja. Možda, primjerice, tvar izlazi u nekom drugom svemiru. Možda je čak i naš vlastiti svemir započeo na ovaj način, izlazeći iz crne rupe koja se otvorila u nekom prethodnom svemiru. Možda se u središtu crne rupe sve topi u oblak vjerojatnosti u kojem prostor-vrijeme i materija više ne znače ništa. Ili možda crne rupe zrače toplinu jer se materija koja ulazi u njih misteriozno, tijekom više milijardi godina, pretvara u toplinu.
"Što se događa s materijom koja padne u središte rupe? Ne znamo.
U istraživačkoj grupi s kojom radim u Marseilleu, s kolegama iz Grenoblea i Nijmegena u Nizozemskoj, istražujemo mogućnost koja nam se čini i jednostavnijom i vjerojatnijom od navedenog: materija se usporava i zaustavlja prije nego što dođe do središta crne rupe. Kad je najekstremnije koncentrirana, razvija se strašan tlak koji sprječava njezin konačan kolaps. To je slično 'tlaku' koji sprječava elektrone da padnu u atome: to je kvantni fenomen. Materija prestaje padati i stvara neku vrstu izuzetno male i izuzetno guste zvijezde: 'Planckove zvijezde'. Tada se dogodi nešto što se u takvim slučajevima uvijek dogodi materiji: ona se odbija.
Odbija se poput lopte ispuštene na pod. Poput lopte, ona se odbija duž putanje pada u vremenski suprotnom smjeru i na taj se način crna rupa transformira ('efektom tuneliranja', kako kažemo u žargonu) u svoju suprotnost: bijelu rupu.
Bijelu rupu? Što je bijela rupa? To je još jedno rješenje Einsteinovih jednadžbi (poput crnih rupa) za koje moj sveučilišni udžbenik kaže da 'u stvarnosti ne postoji ništa slično'... To je područje prostora u koji ništa ne može ući, ali iz kojeg stvari izranjaju. To je vremenski obrat crne rupe. Rupa koja eksplodira.
No zašto onda vidimo da materija upada u crne rupe, ali ne vidimo da se odmah ponovno odbija i izlazi? Odgovor - a ovo je ključna stvar u onome s čime ovdje imamo posla - leži u relativnosti vremena. Vrijeme ne prolazi svugdje jednakom brzinom. Sve su fizičke pojave sporije na razini mora nego u planinama. Vrijeme se usporava ako sam niže, tamo gdje je gravitacija najintenzivnija. Unutar crnih rupa sila gravitacije ekstremno je jaka, što rezultira jakim usporavanjem vremena. Odskakanje padajuće tvari događa se brzo ako ga netko gleda u blizini, ako možemo zamisliti da netko ulazi u crnu rupu da vidi kako je iznutra. Ali gledano izvana, čini se da je sve usporeno. Enormno usporeno. Vidimo da stvari izuzetno dugo nestaju i nestaju iz vidokruga. Gledano izvana, sve izgleda zamrznuto milijunima godina - točno kako mi percipiramo crne rupe koje možemo vidjeti na nebu.
No izuzetno dugo vrijeme ipak nije beskonačno i, ako bismo čekali dovoljno dugo, vidjeli bismo tvar kako izlazi. Crna rupa u konačnici možda nije ništa više od zvijezde koja se uruši, a zatim odskoči - u ekstremno usporenom promatranju izvana.
To nije moguće u Einsteinovoj teoriji, međutim, s druge strane, Einsteinova teorija ne uzima u obzir kvantne efekte. Kvantna mehanika dopušta materiji da pobjegne iz svoje tamne zamke.
Nakon koliko vremena? Nakon vrlo kratkog vremena za materiju koja je pala u crnu rupu, ali nakon izuzetno dugog vremena za one među nama koji je promatramo izvana.
Dakle, ovako bi izgledala cijela priča: kad zvijezda poput Sunca ili malo veća prestane gorjeti jer je potrošila sav svoj vodik, toplina više ne stvara dovoljan tlak prema van koji bi uravnotežio njezinu težinu. Zvijezda se uruši u sebe i ako je dovoljno teška, stvara crnu rupu i pada u nju. Zvijezda veličine Sunca, odnosno tisuće puta veća od Zemlje, stvorila bi crnu rupu promjera jedan i pol kilometar.
Zamislite to: cijelo Sunce smješteno u zapremninu brežuljka. To su crne rupe koje možemo promatrati na nebu. Materija zvijezde nastavlja svoje putovanje unutra, sve dublje, dok ne dosegne čudovišnu razinu kompresije zbog koje se počinje odbijati. Čitava masa zvijezde koncentrirana je u prostor molekule. Ovdje u igru ulazi odbojna kvantna sila, a zvijezda se odmah odbija i počinje eksplodirati. Za zvijezdu je prošlo tek nekoliko stotinki sekunde. No dilatacija vremena uzrokovana ogromnim gravitacijskim poljem toliko je izuzetno jaka da su, kad se materija počne ponovno pojavljivati, u ostatku svemira prošli deseci milijardi godina.
Je li to stvarno tako? Ne znam reći sa sigurnošću. Mislim da bi moglo biti. Alternative mi se čine manje vjerojatnima. No mogao bih biti u krivu. Kako god, pokušaji da se to shvati predstavljaju veliku radost."