Czy można popsuć czarną dziurę?

| Ciekawostki
jurvetson, CC-BY

Podobno naukowcy są naukowcami dlatego, że zachowują dziecięcą ciekawość świata. I jak dzieci często psują zabawkę, żeby zobaczyć, co jest w środku, tak i dorośli badacze mają chęć zepsuć to i owo, żeby zobaczyć jak działa. A co może chodzić po głowie astrofizykom? Na przykład zepsucie czarnej dziury!

Idea czarnej dziury, czyli obiektu tak masywnego, że jego siła grawitacji pochłania nawet światło, powstała już w osiemnastym wieku. Od samego początku ta wizja, początkowo tylko teoretyczna, fascynuje największe umysły naukowe. Odkąd wiemy, że takie obiekty istnieją naprawdę, pobudzają ciekawość badawczą jeszcze bardziej. Nie możemy obserwować ich bezpośrednio, a jedynie efekty ich działania, na przykład materię, która znika w czarnej dziurze. Dokładniej znika za horyzontem zdarzeń. Horyzont zdarzeń to punkt, zza którego nic, nawet światło, już nie wraca, takie przejście tylko w jedną stronę. To właśnie on powoduje, że czarna dziura jest dla nas „czarna", niewidoczna. Ach, móc tak zajrzeć za horyzont zdarzeń - pewnie wzdycha niejeden astrofizyk. Niestety, to nie możliwe. A może jednak? A gdyby tak się go... pozbyć?

Brzmi absurdalnie, ale dla teoretyków nie ma rzeczy niemożliwych. Ted Jacobson z Uniwersytetu Maryland i Thomas Sotiriou z Uniwersytetu Cambridge uważają, że jest to możliwe. Teoretycznie. Sekret tkwi w matematyce. Istnienie horyzontu zdarzeń wokół czarnej dziury opisane jest nierównością: M² > (L/M)² + Q², gdzie M to masa czarnej dziury, L to moment pędu (inaczej kręt), zaś Q to ładunek. Wystarczy zatem zwiększyć wartość prawej strony nierówności, żeby ją odwrócić. Zatem potrzeba tylko zwiększyć kręt obiektu lub jego ładunek: nierówność ulegnie odwróceniu zaś horyzont zdarzeń zniknie, ujawniając nam to, co się za nim kryje.

 

Zobaczyć nieskończoność i umrzeć?

 

Co takiego moglibyśmy tam zobaczyć? Tutaj niestety fizyka staje się filozofią. Matematycznie rzecz ujmując, nieskończenie zakrzywioną przestrzeń - o ile w ogóle coś takiego można zobaczyć. To coś ma swoją nazwę: osobliwość. To miejsce, gdzie tracą sens znane nam prawa fizyki.

Dla zwyczajnego fizyka osobliwość jest tworem wyłącznie teoretycznym. Pojawienie się osobliwości oznacza, że obowiązująca teoria zawodzi i potrzeba innej, żeby zjawisko opisać. Inaczej mówiąc, osobliwość jest nie tyle dziurą w strukturze wszechświata, co raczej dziurą w naszym rozumowaniu. Astrofizycy zaś uważają osobliwości za obiekty całkowicie realne. Roger Penrose i Stephen Hawking nawet udowodnili konieczność ich istnienia w kolapsie grawitacyjnym. Astrofizyk zatem chętnie by się pozbył horyzontu zdarzeń, żeby popatrzeć sobie na nieskończoność.

Niestety, nieprędko astrofizycy będą mogli nasycić swój wzrok widokiem osobliwości obnażonej - pomysł pozbycia się horyzontu zdarzeń napotyka poważne trudności, już nawet nie tylko praktyczne, ale i teoretyczne. Realne obiekty - a już czarne dziury w szczególności - poza momentem pędu i ładunkiem posiadają masę. Ale kłopot zaczyna się wcześniej: wykorzystany wzór opisuje stan stabilny. Każda próba „karmienia" czarnej dziury zmienia stan rzeczy na dynamiczny i nieprzewidywalny. Nawet teoretycznie. Konieczne obliczenia są takim koszmarem, że nawet nie wiadomo, jak się za nie zabrać. Na to nie ma żadnej teorii i nikt nie ma pojęcia, co mogłoby z tego wyjść - przyznają Jacobson i Sotiriou.

Takie teoretyczne popsucie czarnej dziury odsłoniłoby przed nami całkiem nową fizykę. Ale tej nie zobaczymy - nawet teoretycznie - dopóki nie powstanie teoria potrafiąca lepiej opisywać takie ekstremalne stany. Nie pojmiemy, póki nie zobaczymy, nie zobaczymy, póki nie pojmiemy. Nie wyjdziemy z tego zaklętego kręgu, póki nie pojawi się kolejny Einstein. Albo może póki ktoś nie wpadnie na pomysł, żeby eksperymentalnie psuć miniaturowe czarne dziury, które ponoć ma wytwarzać Wielki Zderzacz Hadronów.

Autor:

Źródło: Technology Review

czarna dziura osobliwość horyzont zdarzeń moment pędu ładunek Ted Jacobson Thomas Sotiriou