Μαύρες Τρύπες: Βασικές Γνώσεις

Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσω να συγκεντρώσω ό,τι περισσότερο γίνεται για τις μαύρες τρύπες. Να έχουμε μια εικόνα για τι πράγματα μιλάμε όταν αναφερόμαστε σε αυτές...

Αρχικά να πω ότι όταν στην επιστήμη χρησιμοποιούμε τον όρο "μαύρο", "σκοτεινό" κλπ το κάνουμε για να δείξουμε την άγνοιά μας πάνω στο θέμα. Οι μαύρες τρύπες ονομάστηκαν έτσι και για την άγνοια που έχουμε για το τι συμβαίνει μέσα σε αυτές, και γιατί όντως φαίνονται μαύρες σε σχέση με το μαύρο διάστημα οπότε είναι πολύ δύσκολο να τις εντοπίσουμε.

Πώς εντοπίζονται λοιπόν εφόσον είναι μαύρες και είναι μαύρο και το διάστημα; Από τη στρέβλωση του χωροχρόνου. Τι εννοώ: Καταρχήν θέλει τύχη ώστε να έχουμε συγκεκριμένη γεωμετρία. Χρειάζεται λοιπόν στην ευθεία μας να υπάρχει ένα αστέρι, και ανάμεσα σε εμάς και το μακρινό αστέρι μια μαύρη τρύπα. Τότε παρατηρείται κάτι τρομερό! Το αστέρι θα εμφανίζεται 2 φορές (τουλάχιστον) σε μια φωτογραφία. Αυτό γίνεται γιατί το φως του θα ταξιδεύει προς τα εμάς και πάνω στο χωροχρόνο, ο οποίος πέριξ της μαύρης τρύπας θα καμπυλώνεται, και έτσι το φως του αστεριού θα εμφανίζεται σε διάφορα σημεία γύρω από τη μαύρη τρύπα. Σα να υπάρχει το ίδιο αστέρι πολλές φορες στον ουρανό, όπως φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία, στο κέντρο της οποίας φαίνονται 2 αστέρια στο μάτι μας (ας ξεπεράσουμε το γεγονονός ότι είναι κβάζαρ και όχι άστρα), όμως στην πραγματικότητα είναι το ίδιο αστέρι 2 φορές γιατί το φως του στρεβλώνεται από έναν ενδιάμεσο γαλαξία.

Αυτό το φαινόμενο λέγεται "βαρυτικός φακός" και προβλέπεται και από τη θεωρία της σχετικότητας. Μια άλλη όμορφη φωτογραφία του φαινομένου ακολουθεί.

Οπότε για να δούμε μια μαύρη τρύπα πρέπει να έχει συμβεί αυτό το φαινόμενο ή να "καταβροχθύζει" ένα γειτονικό της αστέρι. Σε εκείνη την περίπτωση στη φωτογραφία θα έχουμε σαν αποτέλεσμα κάτι όπως η επόμενη:

Εξηγήσαμε πώς ανιχνεύουμε τις μαύρες τρύπες. Να δούμε κιόλας γιατί τελικά έχουν αυτό το χρώμα;

Είναι πολύ απλό: Για να δούμε ένα αντικείμενο πρέπει είτε να εκπέμπει φως, είτε να αντανακλά φως. Και στις 2 περιπτώσεις για να φύγει το φως από ένα αντικείμενο πρέπει να μπορεί να ταξιδέψει μέχρι το μάτι μας. Οι μαύρες τρύπες, σαν μαύρα αντικείμενα απορροφούν όλα τα μήκη κύματος του ορατού φωτός (για αυτό και φαίνονται μαύρα τα αντικείμενα αυτά) έχουν τόσο μεγάλη βαρύτητα που η ταχύτητα με την οποία κινείται το φως (300.000.000 m/s) δεν επαρκεί για να πιάσει την ταχύτητα διαφυγής και να φύγει από το βαρυτικό πεδίο της μάυρης τρύπας. Άρα για να ξεφύγει κανείς χρειάζεται πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα που όμως μέσα στο σύμπαν (προσέξετε τη λέξη μέσα) δεν μπορεί τίποτα να τρέξει πάνω από το φως.

Έτσι λοιπόν οι μαύρες τρύπες είναι μαύρες.

Τι ήταν όμως πριν γίνουν μαύρες τρύπες;

Η θεωρία λέει ότι οι μαύρες τρύπες ήταν τεράστια αστέρια, τόσο τεράστια που κάποια στιγμή (για άγνωστο λόγο, ίσως γιατί καθώς περιφέρεται στο διάστημα έλκει πολλά σώματα τα οποία δεν μπαίνουν σε τροχιά γύρω του, αλλά πέφτουν στην επιφάνειά του, με αποτέλεσμα να αυξάνουν τη μάζα του) η βαρύτητα τραβάει όλη τη μάζα του άστρου στον πυρήνα του, σε ένα πολύ μικρό σημείο, που η θεωρία λέει ότι δεν έχει καν διαστάσεις, είναι μικρότερο δηλαδή από ένα κόκκο άμμου, ίσως και από το μέγεθος ενός ατόμου..! Αυτό το σημείο λέγεται "μοναδικότητα". Όλη η ύλη και η ενέργεια είναι συγκεντρωμένη σε ένα αδιάστατο σημείο στο χώρο που έχει άπειρη βαρύτητα και καθόλου όγκο. Έτσι είναι ένα άστρο που δεν εκπέμπει καθόλου φως...

Μέχρι που εκτείνεται η περιοχή έλξης της μαύρης τρύπας;

Καλή ερώτηση. Αν βρεθούμε κοντά σε μια μαύρη τρύπα θα υπάρχει μια σφαιρική περιοχή γύρω από αυτή τη μοναδικότητα που τίποτα δε θα έχει επαρκή ταχύτητα διαφυγής και θα καταλήγει αναπόφευκτα στο χωροχρονικό βαρυτικό κέντρο. Όμως αυτή η περιοχή, όπως είναι λογικό δεν μπορεί να εκτείνεται στο άπειρο, θα έχει μια πεπερασμένη ακτίνα. Πέραν αυτής της ακτίνας το φως θα έχει την ταχύτητα που χρειάζεται για να διαφύγει της έλξης. Αυτή λοιπόν η ακτίνα ονομάζεται "ορίζοντας των γεγονότων". Πάνω στον οποίο συμβαίνουν διάφορα παράξενα, όπως η εκπομπή της ακτινοβολίας Χόκινγκ που είδαμε και ένα άλλο παράξενο γεγονός που θα δούμε.

Είναι σημαντικό να καταλάβουμε ότι ο ίδιος ο χωροχρόνος ωθείται προς το κέντρο της μαύρης τρύπας. Οπότε ό,τι βρίσκεται πάνω του είναι αναγκασμένο να πάει εκεί, μιας και προς τα εκεί δείχνουν τα διανύσματα και του χώρου και του χρόνου. Έξω από τον ορίζοντα των γεγονότων υπάρχει μια σημαντική, αλλά σίγουρα πιο ήπια στρέβλωση, για αυτό και η ταχύτητα του φωτός αρχικά, και μετέπειτα μικρότερες ταχύτητες, επαρκούν για να διαφύγει κανείς της έλξης. Αν για παράδειγμα ο διάδρομος ενός γυμναστηρίου (χωροχρόνος) μας ωθεί προς τη μαύρη τρύπα και εμείς ανέβουμε πάνω στο διάδρομο με μια Bugatti Chiron δε θα μας τραβήξει πίσω, αλλά θα διαφύγουμε πανεύκολα τελικά.

Τι παράδοξα συμβαίνουν όμως στον ορίζοντα των γεγονότων και όταν τον περάσουμε προς τη μαύρη τρύπα;

Εδώ ξεκινάει το καλό. Μείνετε μαζί μου!

Έστω λοιπόν ότι έχετε μια φίλη, τη Λέιλα. Φοράτε τις στολές σας και ταξιδεύετε προς την κοντινή σας μαύρη τρύπα. Ως γνωστόν, προηγούνται οι κύριες, οπότε την έχετε αφήσει να περπατάει μπροστά κ έχοντας ένα φακό, που και που φωτίζει προς τα πίσω μη σκονταψετε πουθενά στο (άδειο) διάστημα.

Σε κάποια στιγμή η Λέιλα περνάει την οριακή επιφάνεια που λέγεται, όπως είπαμε, ορίζοντας των γεγονότων. Πώς θα το καταλάβετε; Σε εκείνο το σημείο ο χρόνος για τη Λέιλα κυλάει απελπιστικά αργά, οριακά σταμάτα, θα τη βλέπετε λοιπόν για πάντα ακίνητη σε εκείνο ακριβώς το σημείο να σας ανάβει το φακό. Για πάντα. Η μόνη πιθανή διαφοροποίηση θα είναι να αρχίσει να περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, αλλά δε θα τη δείτε ποτέ να προχωρά μέσα. Γιατί; Γιατί για να τη δείτε να προχωράει, σημαίνει ότι το φως θα μπορέσει να διαφύγει της έλξης της μαύρης τρύπας ώστε να φτάσει στο μάτι σας, και αυτό δε μπορεί να γίνει αν κάποιος μπει προς τα μέσα και περάσει τον ορίζοντα των γεγονότων. Τώρα αυτό το για πάντα που είπαμε έχει ένα πρόβλημα. Τα φωτόνια της Λέιλας και του φακού της, είναι ύλη και έχουν ενέργεια. Εφόσον η Λέιλα δεν βρίσκεται εκεί, αλλά έχει περάσει μέσα στην τρύπα, θα βλέπουμε κάτι που διαρκώς θα παράγει φως, δηλαδή θα παράγει ενέργεια και ύλη εις τον αιώνα των αιώνων (αμήν), έτσι όμως παραβιάζεται η αρχή ότι η ύλη και η ενέργεια ούτε καταστρέφεται, ούτε δημιουργείται, αλλά αλλάζει μορφές. Εδώ θα έχουμε δημιουργία ύλης (φωτός) που φαίνεται αρκετά παράλογο.

Τι θα δει όμως η Λέιλα;

Η Λέιλα όταν περάσει μέσα στην οπή το ρολόι της θα σταματήσει, η βαρύτητα θα έχει γίνει άπειρη και ο χρόνος δε θα κυλάει πια. Με άπειρη βαρύτητα, αλλά χωρίς χρόνο φαντάζομαι πως τελικά δε θα φτάσει ποτέ στο κέντρο, μιας και για να φτάσει θα χρειάζεται να κυλάει χρόνος για να υπάρχει μετακίνηση, άλλο λοιπόν παράδοξο της θεωρίας αυτής. (Θα το σκεφτώ περισσότερο και θα γράψω μερικές ιδέες πάνω σε αυτό στο μέλλον, μιας και όπως λέει η θεωρία καταρρέουν όλοι οι φυσικοί νόμοι μέσα στη μαύρη τρύπα, από την άλλη αν η μαύρη τρύπα ανήκει στο σύμπαν πρέπει να διέπεται από τους ίδιους νόμους)

Κοιτώντας πίσω της τι θα δει η Λέιλα;

Θα δει τα πάντα. Θυμηθείτε για εκείνη ο χρόνος δεν κυλάει, για το υπόλοιπο σύμπαν κυλάει κανονικά όμως. Επίσης ό,τι έχει μπει στη μαύρη τρύπα δεν έχει διαφύγει. Άρα θα δει ταυτόχρονα το παρελθόν, και το μέλλον. Όλου του σύμπαντος.

Αν είχε τη δυνατότητα ταξιδιού με ταχύτητα πάνω από αυτή του φωτός, που λέτε ότι θα κατέληγε; Όπου ήθελε, και μόλις έφευγε από την οπή, το δικό της τώρα, το παρόν της, θα συνέχιζε κανονικά από εκεί που είχε σταματήσει, όμως μπορεί ταυτόχρονα να ήταν το παρελθόν ή το μέλλον της.

Ο ταυτόχρονος χρόνος που λέγαμε...

Τροφή για σκέψη...