Kako proučiti nešto što se ne može videti? Naučnici veruju da su možda pronašli način.
Ako postoji jedna stvar koju gotovo svi znaju o crnim rupama, to je da iz njih ništa ne može da pobegne – čak ni svetlost. Čak i kada bismo u crnu rupu poslali sondu, ona se nikada ne bi vratila da nam kaže šta je pronašla, piše Science Focus.
Sve što pređe horizont događaja, spoljašnju granicu crne rupe, nestaje zauvek iza vela izuzetno snažne gravitacije.
Ono što se nalazi iza horizonta događaja za nas je praktično nevidljivo. Ipak, to nije sprečilo naučnike da pokušaju da otkriju šta se tamo krije. Radoznalost je jedan od razloga, ali postoji i mnogo važniji.
Odgovor bi mogao da reši jedan od najvećih problema moderne fizike.
Dve teorije koje ne mogu da se pomire
Savremena fizika počiva na dve izuzetno uspešne teorije.
Prva je Ajnštajnova Opšta teorija relativnosti, koja objašnjava gravitaciju i kretanje zvezda, planeta i galaksija.
Druga je kvantna mehanika, koja opisuje ponašanje atoma i subatomskih čestica.
Obe teorije izuzetno precizno objašnjavaju svet u svojim domenima, ali se međusobno ne slažu. Gravitacija, kako je opisuje Opšta teorija relativnosti, ne funkcioniše na kvantnom nivou, dok kvantna mehanika ne može da objasni gravitaciju.
Do danas niko nije uspeo da ih objedini u jedinstvenu teoriju.
Crne rupe predstavljaju retku priliku da se obe teorije proučavaju na istom objektu.
„Imate svu masu jedne zvezde sabijenu u neverovatno mali prostor. Tu su istovremeno važni i Opšta teorija relativnosti i kvantna mehanika“, objašnjava Kris Ejkers, docent fizike na Univerzitetu Kolorado u Bolderu.
Ako bismo uspeli da razumemo šta se događa unutar crne rupe, možda bismo konačno mogli da objedinimo dve najveće teorije fizike u jednu – takozvanu Teoriju svega.
Unutrašnjost crne rupe nije onakva kakvom je zamišljamo
Mnogi zamišljaju da se odmah po prelasku horizonta događaja prostor i vreme potpuno raspadaju.
Međutim, to nije sasvim tačno.
Kod dovoljno velikih crnih rupa prostor neposredno iza horizonta događaja mogao bi da izgleda gotovo isto kao i prostor neposredno ispred njega.
Kada biste prešli tu granicu, i dalje biste mogli da vidite zvezde oko sebe, iako vas niko spolja više ne bi mogao videti.
Čak ni gravitacija ne bi odmah bila smrtonosna, sve dok ste dovoljno daleko od singularnosti – tačke u kojoj, prema sadašnjim teorijama, zakoni fizike prestaju da važe.
Ali kako biste joj se približavali, zakrivljenost prostor-vremena postajala bi sve veća.
Ogromne plimske sile počele bi da razvlače telo, jer bi delovi bliži singularnosti bili izloženi mnogo jačoj gravitaciji od onih udaljenijih.
Najveći problem je što se singularnost ne može izbeći.
„Jednom kada pređete horizont događaja, susret sa singularnošću postaje neizbežan“, kaže teorijski fizičar Luka Iliesiu sa Univerziteta Kalifornije u Berkliju.
Drugim rečima, nije reč o mestu 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 se unutrašnjost crne rupe možda može opisati kao dvodimenzionalna površina.
Ovaj koncept proizlazi iz otkrića Stivena Hokinga 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 sa površinom horizonta događaja.
„To je veoma čudna i duboka osobina gravitacije“, kaže Ejkers.
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 vidi?
Naučnici danas pokušavaju da naprave svojevrsnu „mapu“ između ova dva opisa crne rupe.
To nije mapa u klasičnom smislu, već više podseća na rečnik koji prevodi matematičke opise iz jednog modela u drugi.
Takav pristup već omogućava fizičarima da prave konkretna predviđanja, poput procene kako se zapremina unutrašnjosti crne rupe menja tokom vremena.
Neka istraživanja čak sugerišu da unutrašnjost crne rupe možda nije ista tokom njenog čitavog postojanja.
Spolja sve crne rupe izgledaju gotovo identično bez obzira na starost, ali unutrašnjost bi mogla da se menja kako vreme prolazi.
Za sada je to još uvek teorijska pretpostavka.
Može li Hokingovo zračenje da otkrije tajnu?
Iako ništa ne može da pobegne iz crne rupe, postoji jedan izuzetak.
Stiven Hoking je pokazao da crne rupe emituju veoma slabo zračenje nastalo 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 Hokingovo zračenje potpuno nasumično.
Međutim, pojedini fizičari veruju da bi u njemu mogli biti sačuvani tragovi onoga što se događalo unutar crne rupe.
„Zamislite da možete da prikupite svo Hokingovo zračenje i da tačno znate stanje svakog fotona u svakom trenutku. Tada biste mogli da postavite pitanje: da li je moguće iz tog zračenja rekonstruisati ono što se događalo u unutrašnjosti crne rupe?“, kaže Iliesiu.
Ako bi odgovor bio potvrdan, naučnici bi prvi put mogli indirektno da proučavaju ono što se nalazi iza horizonta događaja.
Za sada tehnologija za takav eksperiment ne postoji, ali fizičari smatraju da nije nemoguće da će jednog dana biti razvijena.
Zašto je to toliko važno?
Crne rupe predstavljaju jedinstvenu laboratoriju za proučavanje gravitacije i kvantne fizike.
Ako naučnici uspeju da razumeju šta se događa u njihovoj unutrašnjosti, mogli bi da reše jedan od najvećih problema moderne nauke – kako objediniti Opštu teoriju relativnosti i kvantnu mehaniku.
„Ako razumete kvantnu mehaniku crne rupe, u suštini razumete kako gravitacija funkcioniše na kvantnom nivou“, zaključuje Iliesiu.
