Neke crne rupe brišu vašu prošlost i nude vam neograničene budućnosti

Tekst je prvobitno objavljen na MOTHERBOARD.

Zamislite, na trenutak, da je naša vrsta usavršila međugalaktičko svemirsko putovanje i da možemo da idemo gde god poželimo u univerzumu. Bilo bi mnogo zanimljivih mesta koje bismo želeli da posetimo i astrofizičkih fenomena da istražimo, ali putovanje u crnu rupu svakako bi se našlo na vrhu liste željenih odredišta. Ali zašto bi neko želeo da poseti mesto odakle ništa, pa čak ni svetlost, ne može da pobegne? Uglavnom zato što fizičari decenijama raspravljaju o tome šta bi se desilo kad bi neko upao u nju.

Mala ograda: većina fizičara ne sumnja da biste bili raskomadani mnogo pre nego što biste se uopšte približili čak i omanjoj crnoj rupi (tehnički izraz za to je ' špagetifikovani, kada vas snažne gravitacione sile razvuku u strune atoma). Ali — ali — novo istraživanje međunarodnog tima matematičara pokazalo je da bi mogle da postoje određene crne rupe koje su posmatraču teorijski pristupačne, doduše sa krajnje bizarnim posledicama.

Detaljni izveštaj objavljen u skorašnjem izdanju časopisa Fizikal rivju leters kaže da posmatrači koji uđu u neke vrste teoretskih crnih rupa ne bi nužno bili izbrisani —ili makar ne onako kako to verovatno zamišljate. Umesto toga, ulazak posmatrača u ove crne rupe uništilo bi njihovu prošlost i potencijalno im otvorilo beskrajno mnogo budućnosti. Nikad ne bi izašli iz crne rupe da nam ispričaju šta se desilo, ali to zapravo i nije bitno — ne bi ni imali kome da se vrate iz sopstvene prošlosti.

Ovde treba da razjasnimo mnogo toga, zato počnimo prvo sa malo pozadine. Možda ste čuli za lika po imenu Albert Ajnštajn koji je, između ostalog, suštinski izmenio način na koji razmišljamo o prostoru i vremenu kad je pre gotovo jednog veka objavio opštu teoriju relativnosti.

Ajnštajnova opšta teorija relativnosti opisuje gravitaciju kao svojstvo prostor-vremena, četvorodimenzionalnu skelu sveprisutnu u univerzumu. Još preciznije, teorija je zakrivljenje prostor-vremena opisala kao funkciju mase, energije i kretanja materije. To zakrivljenje prostor-vremena koje prave predmeti u pokretu mi osećamo kao gravitaciju.

Jedan od fenomena koji predviđa opšta teorije jeste postojanje singulariteta prostor-vremena u crnim rupama, mase koja je toliko gusta da ništa ne može da pobegne njenom dejstvu gravitacije — čak ni svetlo. Za naše potrebe, crna rupa može da se zamisli kao levak čiji grlić vodi ka tački beskrajne gustine poznate kao singularitet.

Struktura ovih singulariteta predmet je trvljenja među fizičarima. Ne možemo da ih vidimo zato što se horizont događaja crne rupe praktično ponaša kao barijera između tih beskrajnih gustina i ostatka univerzuma. To je dobro, zato što, kad bismo mogli da vidimo singularitete u središtu crnih rupa — što se naziva ‘golim’ singularitetom — to bi uništilo determinizam od suštinske važnosti za fiziku.

Razlog zbog kog fizika može da se koristi za predviđanje stvari u prirodi jeste zato što je univerzum deterministički. To znači da ako biste znali tačne početne uslove univerzuma, u teoriji bistre mogli da predvidite tačno kako bi se univerzum vremenom menjao od tih prvobitnih uslova. To bi takođe podrazumevalo vaša razmišljanja i dela, budući da je, kao što tvrde kognitivni naučnici poput Dena Deneta, svest determinisana materijalnom interakcijom između neurona. Ovde je važno da determinizam znači to da prošlost determiniše tačno samo jednu budućnost.

I tako su se fizičari suočili sa problemom: singulariteti moraju da postoje kao posledica teorije opšte relativnosti, ali posmatranje tih singulariteta deluje kao nemoguće. Da bi objasnili ovu protivrečnost, fizičari se oslanjaju na dve povezane, ali logički različite pretpostavke, od kojih je obe prvobitno postavio fizičar Rodžer Penrouz pre skoro 50 godina: jaku i slabu hipotezu o kosmičkoj cenzuri.

Prema jakoj hipotezi o kosmičkoj cenzuri postoji granica u okviru horizonta događaja crnih rupa znana kao Košijev horizont, koja ograničava primenu teorije opšte relativnosti. Dalje od Košijevog horizonta, deterministički fizički svet razlaže se u nedeterminizam. Posledica ovoga je da je posmatraču nemoguće da pređe Košijev horizont a da ne bude izbrisan (više o ovome kasnije).

Slaba hipoteza o kosmičkoj cenzuri, s druge strane, govori da goli singulariteti ne postoje u univerzumu, ako ne računamo Veliki prasak. Danas se Penrouzova slaba hipoteza o kosmičkoj cenzuri među fizičarima naširoko smatra neophodnim uslovom univerzuma, mada je njena validnost i dalje otvoreno pitanje.

Jaka kosmička hipoteza mnogo je više predmet sporenja, a najskorije objavljeno istraživanje nudi do sada najjače osporavanje njene validnosti. Studija post-doktoranta sa Berklija Pitera Hinca i njegovih kolega tvrdi da postoje neke vrste crnih rupa u univerzumu koje bi dopustile posmatraču pristup nedeterminističkom univerzumu sa druge strane Košijevog horizonta crne rupe.

U poslednjih sto godina, Ajnštajnova teorija relativnosti uspela je da predvidi rezultat svakog testa pred koji je bila stavljena. Možda njena najjača potvrda dogodila se 2016. godine, kad su fizičari iz Laserske interferometrijske opservatorije gravitacionih talasa prvi put uspeli da izmere gravitacione talase koje je proizveo sudar dve crne rupe, tačno onako kako je to predvidela Ajnštajnova teorija. A opet sposobnost opšte relativnosti da opiše gravitaciju zaustavlja se na pragu singulariteta, gde zakrivljenje prostor-vremena postaje beskonačno.

Zamislimo ponovo da smo svemirski istraživači i da se približavamo onoj vrsti teoretske crne rupe kakvu su proučavali Hinc i njegove kolege: nerotirajućoj naelektrisanoj crnoj rupi poznatoj kao Rajsner-Nordstrom-de Siterova crna rupa. Prema opštoj teoriji, dok se približavamo toj crnoj rupi, vreme počinje da se usporava zbog sve veće jačine gravitacionog polja. Dok propadamo u crnu rupu, videli bismo i kako u nju ulaze sva svetlost i materija. Na kraju bismo stigli do Košijevog horizonta, predmeta u okviru horizonta doživljaja koji se nalazi u ovakvoj vrsti crnih rupa.

Košijev horizont može da se posmatra kao barijera između determinističkog i nedeterminističkog univerzuma. Kad posmatrač pređe taj prag, prošlost više ne određuje budućnost. Posmatrač koji pređe prag bi, kao posledicu, mogao da vidi svu energiju sa kojom će se crna rupa ikad susresti tokom čitavog postojanja univerzuma stižući istovremeno do njenog Košijevog horizonta. Zbog toga jaka hipoteza o kosmičkoj cenzuri tvrdi da posmatrač ne može da pređe Košijev horizont — u potpunosti bi ga uništila sva ta energija.

A opet su Hinc i njegove kolege shvatili da to ne mora nužno da bude slučaj, pošto se univerzum istovremeno ubrzano širi. To znači da iako se prostor-vreme sužava u beskrajnu tačku u crnoj rupi, istovremeno ga rastavlja ili razvlači širenje univerzuma. I tako, umesto da sva energija univerzuma istovremeno stigne do Košijevog horizonta, samo relativno mali deo te energije iz univerzuma stiže do crne rupe zato što ta energija ne može da putuje iz najudaljenijih uglova univerzuma do crne rupe brže od brzine svetlosti.

Kao što su detaljno naveli Hinc i njegove kolege, količina energije koja će upasti u crnu rupu samo je količina energije sadržana u okviru razaznatljivog horizonta iz perspektive crne rupe. Ovaj razaznatljivi horizont je ‘manji’ od čitavog univerzuma zato što se univerzum ubrzanim tempom širi.

Da biste shvatili zašto je to tako, zamislite našu perspektivu na Zemlji. Iako možemo da vidimo 13,8 milijardi godina u prošlost, naš razaznatljiv horizont zapravo je oko 46 milijardi svetlosnih godina, pošto sadrži i sve što ćemo videti u budućnosti. Nikad nećemo moći da vidimo ‘dalje’ od toga zato što se univerzum širi brzinom većom od brzine svetlosti, tako da svetlo koje se odbija od predmeta udaljenijih od ovog kosmološkog horizonta nikad neće stići do nas i predmeti na ‘ivici’ ovog horizonta na kraju će izbledeti i nestati iz naše perspektive.

Isto važi za teoretsku Rajsner-Nordstrom-de Siterovu crnu rupu koju posećujemo. Ubrzano širenje univerzuma suštinski ‘poništava’ sužavanje vremena koje se doživljava prilikom propadanja u crnu rupu pod određenim uslovima. To bi, u teoriji, omogućilo posmatraču da prođe kroz Košijev horizont i preživi u nedeterminističkom svetu, gde njegova prošlost više ne determiniše njegovu budućnost. U praktičnom smislu, prelaženje ovog praga briše posmatračevu prošlost i otvara mu bezbroj mogućih budućnosti.

“Postoje neka egzaktna rešenja Ajnštajnovih jednačina koja su savršena čista, bez ikakvih zvrčki, bez plimskih sila koje se protežu u beskraj, gde se sve dešava savršeno uredno sve do Košijevog horizonta i onoga što se nalazi iza njega”, rekao je Hinc. “Posle toga, ništa više nije sigurno; u nekim slučajevima, čovek može u celosti da izbegne centralni singularitet i živi večno u nepoznatom univerzumu.”

Sve je ovo teoretski, razume se. Hinc i njegove kolege ne tvrde da će neki fizičar ikad putovati u unutrašnjost neke od ovih crnih rupa. Štaviše, rekao je Hinc, te naelektrisane crne rupe korišćene u modelu možda čak i ne postoje. Razlog za to je da bi naelektrisane crne rupe privlačile suprotno naelektrisanu materiju i na kraju postale neutralne. Ipak, matematički model je koristan kao način za proučavanje rotirajućih crnih rupa, za koje Hinc kaže da su verovatno norma.

“Nijedan fizičar nikad neće putovati u crnu rupu i izmeriti je”, rekao je Hinc. “To je pitanje koje čovek može zaista da proučava samo matematički, ali ono ima fizičke, gotovo filozofske implikacije. Sa tog stanovišta, ovo Ajnštajnove jednačine čini matematički još zanimljivijim.”