Joten siellä olet, hyppäämässä mustaan reikään. Mitä voisi odottaa, jos pitäisi - kaikista kertoimista huolimatta - selviytyä jollain tavalla? Missä päädyisit ja mitä houkuttelevia tarinoita sinä voisit valittaa, jos onnistuisit puristamaan takaisinpäin?
Yksinkertainen vastaus kaikkiin näihin kysymyksiin on, kuten professori Richard Massey selittää: "Kuka tietää?" Kuninkaallisen yhdistyksen tutkijana Durhamin yliopiston laskennallisen kosmologian instituutissa, Massey on täysin tietoinen siitä, että mustien reikien mysteerit juostavat syvälle. "Kaatuminen tapahtumahorisontin läpi kulkee kirjaimellisesti verhon yli - kun joku putoaa sen ohi, kukaan ei voi koskaan lähettää viestiä takaisin", hän sanoi. "Valtava painovoima heitti heidät kappaleisiin, joten epäilen, että kuka tahansa putoaa pääsee mihin tahansa."
Jos tämä kuulostaa pettyvältä ja tuskalliselta vastaukselta, niin se on odotettavissa. Siitä lähtien, kun Albert Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian katsottiin ennustavan mustia reikiä yhdistämällä avaruus-aika painovoiman vaikutukseen, on ollut tiedossa, että mustat aukot johtuvat massiivisen tähden kuolemasta jättäen pienen, tiheän jäännösytimen. Jos oletetaan, että tällä ytimellä on enemmän kuin karkeasti kolme kertaa auringon massa, painovoima ylittyy siinä määrin, että se putoaa itsestään yhteen pisteeseen tai singulaarisuuteen, jota ymmärretään mustan aukon äärettömän tiheäksi ytimeksi.
Tuloksena olevalla asumattomalla mustalla aukolla olisi niin voimakas painovoimaveto, että edes valo ei pystyisi sitä välttämään. Joten jos saisit sitten tapahtumahorisontista - kohdasta, jossa valo ja aine pääsevät vain sisäänpäin, kuten saksalainen tähtitieteilijä Karl Schwarzschild ehdotti -, ei ole paeta. Massey sanoo, että vuorovetovoimat vähentäisivät kehoasi atomijuosteiksi (tai "spagettijoimiseksi", kuten se on myös tiedossa) ja esine lopulta murskautuisi yksilöllisyydestä. Ajatus siitä, että voisit poputua jonnekin - ehkä toisella puolella -, näyttää todella fantastiselta.
Entä madonreikä?
Vai onko se? Vuosien mittaan tutkijat ovat tutkineet mahdollisuutta, että mustat aukot voivat olla madonreikiä muihin galakseihin. Ne saattavat olla jopa polku toiseen maailmankaikkeuteen, kuten jotkut ovat ehdottaneet.
Tällainen ajatus on lentänyt jo jonkin aikaa: Einstein ryhtyi Nathan Rosenin kanssa teoreesisiltoihin, jotka yhdistävät kaksi eri tilaa avaruuden ajankohdassa vuonna 1935. Mutta se sai jonkin verran uutta perustaa 1980-luvulla, kun fyysikko Kip Thorne - yksi maailman johtavat asiantuntijat Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian astrofysikaalisista vaikutuksista - herättivät keskustelun siitä, voisiko esineet fyysisesti kulkea niiden läpi.
"Kip Thornen suositun madonreikiä koskevan kirjan lukeminen sai minut ensin innostumaan fysiikasta lapsena", Massey sanoi. Mutta ei näytä todennäköiseltä, että madonreikiä olisi olemassa.
Itse asiassa Thorne, joka lainasi asiantuntijaneuvontaa tuotantotiimille Hollywood-elokuvalle Interstellar, kirjoitti: "Emme näe universumissamme objekteja, joista voisi tulla madonreikiä ikääntyessään", kirjassaan "The Science of Interstellar" (WW Norton) ja yritys, 2014). Thorne kertoi Space.comille, että matkat näiden teoreettisten tunnelien läpi olisivat todennäköisesti tieteiskirjallisuutta, eikä ole varmasti todisteita siitä, että musta aukko voisi sallia tällaisen kulun.
Mutta ongelmana on, että emme pääse ylöspäin nähdäksemme itseämme. Miksi emme voi edes ottaa valokuvia mistään, joka tapahtuu mustan aukon sisällä - jos valo ei pääse niiden valtavasta painovoimasta, kamera ei voi napsauttaa mitään. Nykyisessä muodossaan teoria ehdottaa, että kaikki tapahtumahorisontin ulkopuolelle jäävä seikka yksinkertaisesti lisätään mustaan aukkoon, ja koska aika vääristyy lähellä tätä rajaa, se näyttää tapahtuvan uskomattoman hitaasti, joten vastaukset eivät tule nopeasti tulevassa.
"Mielestäni standarditarina on, että ne johtavat ajan loppuun", sanoi Harvardin yliopiston tähtitieteen ja fysiikan professori Douglas Finkbeiner. "Kaukana oleva tarkkailija ei näe heidän astronautikaveriaansa putoamasta mustaan reikään. He vain muuttuvat punaisemmiksi ja kevyemmiksi lähestyessään tapahtumahorisonttia. Mutta ystävä putoaa suoraan" ikuisesti "-kohtaan. Mitä tahansa se tarkoittaakaan."
Ehkä musta reikä johtaa valkoiseen reikään
Varmasti, jos mustat aukot johtavat toiseen galaksin tai muun maailmankaikkeuden osaan, niiden toisella puolella olisi oltava jotain vastapäätä. Voisiko tämä olla valkoinen aukko - venäläisen kosmologin Igor Novikovin vuonna 1964 esittämä teoria? Novikov ehdotti, että musta aukko linkittäisi aiemmin olemassa olleen valkoisen aukon. Toisin kuin musta aukko, valkoinen reikä antaa valolle ja aineelle lähteä, mutta valo ja aine eivät pääse sisään.
Tutkijat ovat jatkanut mustien ja valkoisten reikien mahdollisen yhteyden tutkimista. Fyysikot Carlo Rovelli ja Hal M. Haggard väittivät vuonna 2014 julkaistussa lehdessä Physical Review D fyysikot, että "Einsteinin yhtälöitä tyydyttävä klassinen mittari on äärellisen avaruus-ajan alueen ulkopuolella, missä aine romahtaa mustaan aukkoon ja nousee sitten hetken reikä. " Toisin sanoen kaikki materiaalin mustat reikät, jotka ovat niellä, voidaan erottaa, ja mustista reikistä voi tulla valkoisia reikiä, kun ne kuolevat.
Sen sijaan, että tuhoaisi sen absorboiman tiedon, mustan aukon romahtaminen pysähtyisi. Sen sijaan se koettaisi kvanttipommituksen, joka antaa tiedon paeta. Jos näin on, se valaisi jonkin verran entisen Cambridgen yliopiston kosmologin ja teoreettisen fyysikon Stephen Hawkingin ehdotuksesta, joka tutki 1970-luvulla mahdollisuutta, että mustat aukot lähettävät hiukkasia ja säteilyä - lämpöä - kvanttivaihtelujen seurauksena .
"Hawking sanoi, että musta aukko ei kestä ikuisesti", Finkbeiner sanoi. Hawking laski, että säteily aiheuttaisi mustan aukon energian menetyksen, kutistumisen ja katoamisen, kuten hänen 1976-julkaisussaan, joka julkaistiin Physical Review D. -lehdessä, kuvataan. Koska hänen väitteensä mukaan säteily olisi satunnaista eikä se sisällä mitään tietoa siitä, mikä oli pudonnut, musta aukko räjähtäessään poistaisi kuormien tietoja.
Tämä tarkoitti, että Hawkingin idea oli ristiriidassa kvantiteorian kanssa, jonka mukaan tietoa ei voida tuhota. Fysiikan mukaan tiedon hankkiminen on vain vaikeampaa, koska jos se katoaa, siitä tulee mahdotonta tuntea menneisyys tai tulevaisuus. Hawkingin idea johti 'mustan aukon tietojen paradoksiin', ja se on jo pitkään hämmentänyt tutkijoita. Jotkut ovat sanoneet, että Hawking oli yksinkertaisesti väärässä, ja mies jopa julisti tehneensä virheen Dublinissa vuonna 2004 pidetyssä tieteellisessä konferenssissa.
Joten palaammeko takaisin käsitteeseen mustat aukot, jotka lähettävät säilytettyä tietoa ja heittävät sen takaisin ulos valkoisen aukon kautta? Voi olla. Physical Review Letters -julkaisussa julkaistussa 2013 tutkimuksessa Jorge Pullin Louisianan osavaltion yliopistossa ja Rodolfo Gambini tasavallan yliopistossa Montevideossa, Uruguayssa sovelsivat silmukkvantitatiivista painovoimaa mustaan reikään ja totesivat, että painovoima kasvoi kohti ydintä, mutta vähentyi ja romahti mitä tapahtui toiselle maailmankaikkeuden alueelle. Tulokset antoivat ylimääräistä uskoa ajatukseen mustista aukoista toimia portaalina. Tässä tutkimuksessa singulaarisuutta ei ole olemassa, joten se ei muodosta läpäisemätöntä estettä, joka lopulta murskaa mitä tahansa kohtaamansa. Se tarkoittaa myös, että tieto ei katoa.
Ehkä mustat aukot eivät mene minnekään
Fyysikot Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski ja James Sully uskoivat silti, että Hawking olisi voinut olla tekemisissä jonkun kanssa. He työskentelivät teorian suhteen, josta tuli tunnetuksi AMPS-palomuuri, tai mustan aukon palomuurin hypoteesiksi. Laskelmiensa mukaan kvanttimekaniikka pystyi toteutettavissaan muuttamaan tapahtumahorisontin jättiläismäiseksi tulen seinämäksi ja kaikki kontaktiin joutuva palaa hetkessä. Tässä mielessä mustat aukot eivät johda mihinkään, koska mikään ei koskaan päässyt sisälle.
Tämä kuitenkin loukkaa Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa. Joku tapahtumahorisontin ylittävän henkilön ei pitäisi itse asiassa tuntea mitään suuria vaikeuksia, koska esine olisi vapaassa pudotuksessa ja vastaavuusperiaatteen perusteella kyseinen esine - tai henkilö - ei tunteisi painovoiman äärimmäisiä vaikutuksia. Se voisi noudattaa fysiikan lakeja, jotka ovat läsnä muualla maailmankaikkeudessa, mutta vaikka se ei olisi Einsteinin periaatteen vastaista, se heikentäisi kvanttikenttäteoriaa tai ehdottaa, että tieto voi kadota.
Musta epävarmuuden reikä
Astu Hawking jälleen kerran eteenpäin. Hän julkaisi vuonna 2014 tutkimuksen, jossa hän vältti tapahtumahorisontin olemassaolon - eli siinä ei ole mitään poltettavaa - sanomalla, että painovoimainen romahtaminen tuottaisi sen sijaan ”näkyvän horisontin”.
Tämä horisontti keskeyttää valonsäteet, jotka yrittävät siirtyä pois mustan aukon ytimestä, ja pysyisivät "ajanjaksona". Hänen uudelleentarkastelussaan näkyvät horisontit säilyttävät väliaikaisesti aineen ja energian ennen kuin ne liukenevat ja vapauttavat ne myöhemmin linjassa. Tämä selitys sopii parhaiten kvantiteoriaan - jonka mukaan tietoa ei voida tuhota - ja mikäli se koskaan todistettiin, se viittaa siihen, että kaikki voisi paeta mustasta aukosta.
Hawking meni niin pitkälle, että mustaa reikää ei ehkä edes ole olemassa. "Mustat reiät tulisi määritellä uudelleen painovoimakentän metastabiiliksi sidottuiksi tiloiksi", hän kirjoitti. Ei olisi singulaarisuutta, ja vaikka näkyvä kenttä siirtyisi sisäänpäin painovoiman vuoksi, se ei koskaan päästä keskustaan ja vakiintuisi tiheään massaan.
Ja mikä tahansa päästö ei kuitenkaan ole tietojen nielemisen muodossa. Olisi mahdotonta selvittää mitä tapahtui tarkastelemalla sitä, mikä on tulossa, mikä aiheuttaa omia ongelmiaan - ei vähiten esimerkiksi ihmiselle, joka on joutunut niin hälyttävään asemaan. He eivät koskaan tunteisi samaa enää!
Yksi asia on varma, että tämä erityinen mysteeri aikoo niellä paljon enemmän tieteellisiä tunteja pitkään. Rovelli ja Francesca Vidotto ehdottivat äskettäin, että tumman aineen komponentti voisi muodostua haihtuneiden mustien reikien jäännöksistä, ja vuonna 2018 julkaistiin Hawkingin mustaa reikää ja 'pehmeitä hiuksia' käsittelevä paperi, joka kuvaa kuinka nolla-energiahiukkaset jätetään pisteen ympärille ei paluuta, tapahtumahorisontti - idea, joka ehdottaa, että tietoa ei menetetä, vaan vangitaan.
Tämä lensi fyysikko John Archibald Wheelerin ilmaiseman ilmaisematon lauseen edessä ja työskenteli sillä perusteella, että kaksi mustaa reikää olisi havaitsijalle erottamaton, koska mikään erityinen hiukkasfysiikan pseudovaraus ei säilyisi. Se on ajatus, joka saa tutkijat puhumaan, mutta on jonkin verran matkaa, ennen kuin sitä pidetään vastauksena siihen, mihin mustat aukot johtavat. Jos vain voisimme löytää tavan hypätä yhteen.
