Nii et te olete, et hüpata musta auku. Mis võiks oodata, kui peaksite kõigi tõenäosuste korral kuidagi üle elama? Kuhu sa lõpuks jõuaksid ja milliseid ahistavaid jutte võiksid uuesti kasutada, kui õnnestuks tagasi pöörduda?
Kõigile neile küsimustele on lihtne vastus, nagu selgitab professor Richard Massey: "Kes teab?" Durhami ülikooli arvutusliku kosmoloogia instituudi kuningliku seltsi teadurina on Massey täiesti teadlik, et mustade aukude müsteeriumid jooksevad sügavale. "Sündmuse horisondi alt läbi kukkumine ulatub sõna otseses mõttes loorist kaugemale - kui keegi sellest möödub, ei saanud keegi kunagi sõnumit tagasi saata," ütles ta. "Neil on tohutu gravitatsioon tükkideks rebitud, nii et ma kahtlen, et keegi, kes läbi kukub, pääseb kuskile."
Kui see kõlab nagu pettumust valmistav ja valus vastus, siis on seda oodata. Alates ajast, mil Albert Einsteini üldist relatiivsusteooriat arvati ennustavat mustaid auke, sidudes ruumi-aja gravitatsiooni toiminguga, on teada, et mustad augud tulenevad massiivse tähe surmast, kes jätab maha väikese tiheda jäänuktuuma. Kui eeldada, et sellel tuumal on enam kui umbes kolm korda suurem päikese mass, siis raskusjõud ületaks sedavõrd, et see kukub iseenesest ühte punkti ehk singulaarsusesse, mida peetakse musta augu lõpmata tihedaks tuumaks.
Selle tagajärjel tekkinud elamiskõlbmatuks mustaks auguks oleks nii võimas gravitatsiooniline tõmme, et isegi valgus ei saaks seda vältida. Niisiis, kui peaksite siis leidma end sündmuse horisondist - punktist, kus valgus ja mateeria saavad edasi minna ainult sissepoole, nagu on soovitanud saksa astronoom Karl Schwarzschild -, pole pääsu. Massey sõnul redutseerivad loodejõud su keha aatomite ahelateks (või kui see on ka teada, "spageerimine") ja objekt purustatakse lõpuks ainsuse järgi. Idee, et võiksite kuskil välja hüpata - võib-olla teisel pool - tundub täiesti fantastiline.
Aga ussiauk?
Või on? Aastate jooksul on teadlased uurinud võimalust, et mustad augud võivad olla ussiaugud teistele galaktikatele. Need võivad isegi olla, nagu mõned on soovitanud, tee teise universumi juurde.
Selline idee on juba mõnda aega hõljunud: Einstein tegi Nathan Roseni kaudu teooria sillad, mis ühendavad ruumi-aja kaks erinevat punkti 1935. aastal. Kuid see sai uue pinnase 1980. aastatel, kui füüsik Kip Thorne - üks maailma juhtivad eksperdid Einsteini üldise relatiivsusteooria astrofüüsikaliste mõjude kohta - tõstatasid arutelu selle üle, kas objektid võiksid nende kaudu füüsiliselt liikuda.
"Kip Thorne'i ussiaukude kohta käiva populaarse raamatu lugemine pani mind lapsena esimesena füüsikast vaimustuma," sõnas Massey. Kuid usuaukude olemasolu ei tundu tõenäoline.
Tõepoolest, Thorne, kes laenas Hollywoodi filmi "Interstellar" tootmismeeskonnale oma ekspertnõuandeid, kirjutas: "Me ei näe oma universumis ühtegi objekti, mis vananedes võiks muutuda ussiaukudeks", oma raamatus "The Science of Interstellar" (WW Norton) ja ettevõte, 2014). Thorne ütles Space.com-ile, et nende teoreetiliste tunnelite kaudu tehtavad rännakud jäävad tõenäoliselt ulmeks ja kindlasti pole kindlaid tõendeid selle kohta, et must auk võiks sellist läbipääsu võimaldada.
Probleem on aga selles, et me ei jõua enda nägemiseks lähedale. Miks ei saa me isegi teha fotosid kõigest, mis toimub musta augu sees - kui valgus ei pääse nende tohutust raskusastmest, ei saa fotoaparaat midagi näppida. Praegusel kujul soovitab teooria, et miski, mis ületab sündmuse horisondi, lisatakse lihtsalt musta auku ja mis veelgi enam, kuna aeg moonutab selle piiri lähedal, paistab see toimuvat uskumatult aeglaselt, nii et vastused pole kiiresti tulemas.
"Ma arvan, et tavaline lugu on see, et need viivad aja lõpuni," ütles Harvardi ülikooli astronoomia ja füüsika professor Douglas Finkbeiner. "Kaugelt vaatleja ei näe, kuidas nende astronaudisõber musta auku kukub. Sündmuse horisondi lähenedes muutuvad nad lihtsalt punasemaks ja õhemaks. Kuid sõber langeb otse kohta, mis asub" igavesti ". Mida iganes see tähendab. "
Võib-olla viib must auk valgesse auku
Kindlasti, kui mustad augud viivad galaktika mõnda teise ossa või muusse universumisse, siis peaks teisel pool olema midagi nende vastas olevat. Kas see võib olla valge auk - teooria, mille vene kosmoloog Igor Novikov esitas 1964. aastal? Novikov tegi ettepaneku, et must auk ühendaks minevikus eksisteeriva valge auguga. Erinevalt mustast august laseb valge auk valgust ja ainet väljuda, kuid valgus ja aine ei pääse sinna.
Teadlased on jätkanud mustade ja valgete aukude võimaliku seose uurimist. Füüsikud Carlo Rovelli ja Hal M. Haggard väitsid oma 2014. aasta uuringus, mis avaldati ajakirjas Physical Review D, et "on olemas klassikaline mõõdik, mis rahuldab Einsteini võrrandit väljaspool piiratud ruumi-aja piirkonda, kus mateeria variseb mustaks auguks ja seejärel väljub sellest. natuke aega auk. " Teisisõnu, kogu materjali neelatud mustad augud võidakse välja tõmmata ja mustad augud võivad nende surma korral muutuda valgeteks aukudeks.
Musta augu kokkuvarisemine peataks kaugel selle teabe absorbeerimisest, mida see neelab. Selle asemel kogeb see kvantpüsimist, võimaldades infol põgeneda. Kui see nii on, heidaks see pisut valgust Cambridge'i ülikooli endise kosmoloogi ja teoreetilise füüsiku Stephen Hawkingi ettepanekule, kes uuris 1970-ndatel võimalust, et mustad augud eraldavad kvantide kõikumiste tagajärjel osakesi ja kiirgust - termilist soojust. .
"Hawking ütles, et must auk ei kesta igavesti," sõnas Finkbeiner. Hawking arvutas, et kiirgus põhjustab musta augu energia kaotamist, kahanemist ja kadumist, nagu on kirjeldatud tema 1976. aasta artiklis, mis avaldati ajakirjas Physical Review D. Arvestades tema väiteid, et kiirguskiirgus oleks juhuslik ega sisalda mingit teavet selle kohta, mis sisse oli kukkunud, must auk kustutaks plahvatuse korral hulgaliselt teavet.
See tähendas, et Hawkingi idee oli vastuolus kvantteooriaga, mille kohaselt teavet ei saa hävitada. Füüsika väidab, et teavet on lihtsalt raskem leida, sest kui see kaob, muutub mineviku või tuleviku tundmine võimatuks. Hawkingi idee viis nn musta augu teabe paradoksini ja see on teadlasi juba ammu hämmingus. Mõni on öelnud, et Hawking oli lihtsalt vale ja mees ise kuulutas isegi, et tegi 2004. aastal Dublinis toimunud teaduskonverentsil vea.
Niisiis, kas läheme tagasi mustade aukude mõiste juurde, mis eraldavad säilinud teavet ja visatakse see valge augu kaudu välja? Võib olla. Ajakirjas Physical Review Letters avaldatud 2013. aasta uuringus rakendasid Jorge Pullin Louisiana osariigi ülikoolis ja Rodolfo Gambini Uruguay osariigi Montevideo vabariigi ülikoolis silmuse kvantgravitatsiooni musta auku ja leidis, et gravitatsioon tõusis tuuma suunas, kuid vähendas ja sukeldus mis iganes oli sisenemine universumi teise piirkonda. Tulemused andsid portaalina toimivate mustade aukude ideele usutavuse. Selles uuringus singulaarsust ei eksisteeri ja seega ei moodusta see läbitungimatut barjääri, mis purustab kõik, mida ta kohtab. See tähendab ka, et teave ei kao kuhugi.
Võib-olla ei lähe mustad augud kuhugi
Füüsikud Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski ja James Sully uskusid siiski, et Hawking võis millegi kallal olla. Nad töötasid välja teooria, mis sai tuntuks kui AMPS tulemüür ehk musta augu tulemüüri hüpotees. Nende arvutuste kohaselt võiksid kvantmehaanikud hõlpsasti muuta sündmuse horisondi hiiglaslikuks tuleseinaks ja kõik, mis kokku puutub, põleb hetkega. Selles mõttes ei vii mustad augud kuhugi, sest kunagi ei tohi midagi sinna sisse pääseda.
See aga rikub Einsteini üldist relatiivsusteooriat. Keegi, kes ületab sündmuse horisondi, ei peaks tegelikult tundma suuri raskusi, kuna objekt oleks vabalangemisel ja samaväärsuse põhimõtte kohaselt ei tunneks see objekt - või inimene - gravitatsiooni äärmuslikke mõjusid. See võiks järgida mujal universumis esinevaid füüsikaseadusi, kuid isegi kui see ei läheks vastuollu Einsteini põhimõttega, kahjustaks see kvantvälja teooriat või viitaks sellele, et teave võib kaduda.
Must ebakindluse auk
Astuge veelkord Hawkingi ette. 2014. aastal avaldas ta uuringu, kus ta vältis sündmuste horisondi olemasolu - mis tähendab, et seal pole midagi põleda -, öeldes, et gravitatsiooniline kokkuvarisemine tekitab selle asemel „nähtava horisondi“.
See horisont peataks valguskiired, mis üritavad musta augu südamikust eemale liikuda, ja püsiks "teatud aja". Tema ümbermõtlemisel säilitavad nähtavad horisondid ajutiselt ainet ja energiat, enne kui need hiljem lahustatakse ja vabastatakse. See seletus sobib kõige paremini kvantteooriaga - mis ütleb, et teavet ei saa hävitada - ja kui seda kunagi tõestati, siis soovitab see, et miski võib mustast august välja pääseda.
Hawking läks nii kaugele, et mustade aukude olemasolu ei pruugi isegi olemas olla. "Mustad augud tuleks ümber määratleda kui gravitatsioonivälja metastabiilselt seotud olekud," kirjutas ta. Poleks singulaarsust ja kuigi nähtav väli liiguks gravitatsiooni tõttu sissepoole, ei jõuaks see kunagi keskpunkti ja konsolideeruks tihedas massis.
Ja ometi ei toimu miski heidetav teave neelatud teabe kujul. Oleks võimatu aru saada, mis sisse läks, vaadates seda, mis välja tuleb, mis põhjustab omaette probleeme - ja seda ka näiteks inimesele, kes on sattunud nii murettekitavasse olukorda. Nad ei tunneks end kunagi enam samamoodi!
Üks on kindel, et see konkreetne mõistatus neelab pikaks ajaks veel palju teadustunde. Rovelli ja Francesca Vidotto arvasid hiljuti, et tumeaine komponendi võiksid moodustada aurustunud mustade aukude jäänused. 2018. aastal ilmus Hawkingi paber mustade aukude ja “pehmete juuste” kohta ning see kirjeldab, kuidas nullinergia osakesed punkti ümber jäävad tagasitulekuta, sündmuste horisont - idee, mis soovitab teavet mitte kaotada, vaid jäädvustada.
See lendas silmitsi füüsiku John Archibald Wheeleri väljendatud juusteta teoreemiga ja töötas põhimõttel, et kaks musta auku oleks vaatlejale eristamatud, kuna ükski osakeste füüsika eriline pseudolaeng ei säiliks. See on idee, mis pani teadlased rääkima, kuid on veel mõni tee minna, enne kui seda peetakse vastuseks sellele, kuhu mustad augud viivad. Kui vaid suudaksime leida viisi, kuidas ühte hüpata.
