Μαύρες  τρύπες μπορεί να περιέχουν ένα ιδανικό υγρό

Πηγή: Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, 21 Μαρτίου 2005

Οι μαύρες τρύπες μπορεί να είναι από τις πιο ακραίες θέσεις στο σύμπαν, αλλά θα μπορούσαν να περιέχουν, επίσης, και τα πιο τέλεια ρευστά. Ερευνητές στο πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον έχουν υπολογίσει ότι το υλικό σε μια μαύρη τρύπα πρέπει να έχει ένα υπερβολικά χαμηλό ιξώδες -  400 φορές λιγότερο από το νερό. Η θερμοκρασία μιας μαύρης τρύπας πρέπει να είναι 2 τρισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Μια ακραία θερμοκρασία όπου η ύλη είναι εντελώς διαχωρισμένη σε μια σούπα υποατομικών σωματιδίων.

Στις τρεις χωρικές διαστάσεις, είναι στενός συγγενής του πλάσματος από κουάρκ και γκλουονίων, μια υπέρθερμη κατάσταση που υπήρχε μόνο ένα απειροελάχιστο τμήμα του ενός δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και έκτοτε δεν συναντάται πουθενά στο σύμπαν. Όταν αντιμετωπίζεται όμως στις 10 διαστάσεις, ο ελάχιστος αριθμός των διαστάσεων που ορίζεται από τους φυσικούς της θεωρίας χορδών, αυτό είναι μια μαύρη τρύπα.

Εν τούτοις, όπως και να το ονομάζουμε, αυτή η ουσία και άλλες παρόμοιες μπορεί να είναι το πιο τέλειο ρευστό, επειδή αυτή έχει υπερβολικά χαμηλό ιξώδες, που είναι η αντίσταση στη ροή, λέει ο Dam Thanh Son ένας καθηγητής της φυσικής στο Ίδρυμα για την Πυρηνική Θεωρία στο πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον.

Ο Son και δύο συνάδελφοι του χρησιμοποίησαν μια μέθοδο της θεωρίας χορδών, που ονομάζεται δυαδικότητα βαθμίδας/βαρύτητας για να ορίσουν ότι μια μαύρη τρύπα στις 10 διαστάσεις - ή η ολογραφική εικόνα μιας μαύρης τρύπας, ένα πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων στις τρεις χωρικές διαστάσεις - συμπεριφέρεται σαν έχει ένα ιξώδες κοντά στο μηδέν, το χαμηλότερο ιξώδες που μετρήθηκε ποτέ.

Είναι εύκολο να φανεί η διαφορά στο ιξώδες μεταξύ ενός βάζου με μέλι ή μελάσας στη θερμοκρασία δωματίου και ενός ποτηριού με νερό. Το μέλι είναι πολύ παχύτερο και πιο ιξώδες, και χύνεται πολύ αργά ως προς το νερό.

Χρησιμοποιώντας τη θεωρία χορδών σαν ένα μετρητικό εργαλείο, ο Son και οι συνάδελφοι του Pavlo Kovtun του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στην Santa Barbara, και Andrei Starinets του Ινστιτούτου Perimeter  για τη θεωρητική φυσική στο Βατερλώ του Οντάριο, έχουν διαπιστώσει ότι το νερό είναι 400 φορές πιο ιξώδες από το ρευστό των μαύρων οπών που έχει τον ίδιο αριθμό σωματιδίων ανά κυβικό εκατοστό.

"Αν μπορούμε να 'ανακατώσουμε' τη μαύρη τρύπα και περιστραφεί για κάποιο χρόνο μετά από λίγο επιστρέφει στην ηρεμία, ακριβώς όπως αν ανακατώσουμε ένα φλιτζάνι με νερό. Το νερό για λίγο κινείται και μετά επιβραδύνεται έως σταματήσει", εξηγεί ο Son. Το ιξώδες είναι η αιτία που το νερό σταματά. Ομοίως, κάποιος μπορεί να συσχετίσει το ιξώδες με μια μαύρη τρύπα, και το ιξώδες είναι ο λόγος που σταματά την κίνηση της".

Μια εργασία που περιγράφει τη χρήση της θεωρίας χορδών για να υπολογίσει το ιξώδες των μαύρων οπών θα δημοσιευτεί στο περιοδικό Physical Review Letters της Αμερικανικής Ένωσης Φυσικών. 

Οι φυσικοί για χρόνια έχουν χρησιμοποιήσει τη θεωρία χορδών για να ενοποιήσουν τις δυνάμεις της φύσης - παραδείγματος χάριν τη βαρύτητα και τον ηλεκτρομαγνητισμό,  - όταν παρατηρήσεις που περιλαμβάνουν μια ορισμένη δύναμη δεν μπορούν να εναρμονιστούν με εκείνες που περιλαμβάνουν μια άλλη δύναμη.

Στη θεωρία χορδών, τα στοιχειώδη σωματίδια περιγράφονται σαν μικρά μονοδιάστατα αντικείμενα - οι χορδές - κι όχι σαν απλά σημεία, που δεν καταλαμβάνουν μια διάσταση. Αλλά η θεωρία χορδών απαιτεί τουλάχιστον έξι διαστάσεις πέρα από τις τέσσερις στις οποίες οι άνθρωποι είναι συνηθισμένοι - τις τρεις χωρικές διαστάσεις συν το χρόνο, γι αυτό και ο τετραδιάστατος χώρος συχνά λέγεται χωρόχρονος. Οι περισσότερες από εκείνες τις πρόσθετες διαστάσεις είναι πιθανά πολύ μικροσκοπικές, όμως μπορούν να έχουν μετρήσιμα αποτελέσματα στις άλλες διαστάσεις.

Για να είναι συγκρίσιμη με το πλάσμα κουάρκ-γκλουονίων, η θερμοκρασία μιας μαύρης τρύπας πρέπει να είναι περίπου 2 τρισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Σε τέτοια ακραία θερμότητα, δεν είναι εκπληκτικό ότι αυτή μπορεί να εξατμιστεί όπως τα άλλα υγρά. Αυτό ακριβώς συμβαίνει στις μαύρες τρύπες στις τρεις χωρικές διαστάσεις, σύμφωνα με μια τη θεωρία περί ακτινοβολίας σωματιδίων από τις μαύρες τρύπες, που αναπτύχθηκε από το φυσικό Stephen Hawking.

Αλλά στις 10 διαστάσεις της θεωρίας χορδών, το ρευστό μιας μαύρης τρύπας δεν είναι όπως τα άλλα ρευστά. Ο χωρόχρονος θεωρείται ότι είναι επίπεδο στην αντίληψή μας, αναφέρει ο Son, και πέντε από τις πρόσθετες διαστάσεις συμπιέζονται σε μια μικρή, πεπερασμένη σφαίρα. Στην υπόλοιπη διάσταση, εντούτοις, το διάστημα, ο χώρος είναι κυρτός. Η εξάτμιση, όμως, δεν εμφανίζεται σε αυτήν την διάσταση, εξήγησε, επειδή καθώς τα σωματίδια ακτινοβολούν από το ρευστό χτυπούν την κυρτή άκρη της διάστασης και ξαναγυρίζουν ανακλώμενα πίσω στη μαύρη τρύπα.

Ενώ η ακραία θερμοκρασία μιας μαύρης τρύπας, μεταξύ άλλων, θα ήταν μια εντελώς αφιλόξενη θέση για τους ανθρώπους, το εξαιρετικά χαμηλό ιξώδες του θα έκανε την κολύμβηση σε αυτήν πολύ ανάλαφρη. Αλλά ο Son σημείωσε ότι όσο μικρότερος είναι ένας οργανισμός, τόσο πιο ιξώδες θα εμφανιζόταν να είναι ένα ρευστό.

"Τα βακτηρίδια όταν κολυμπούν στο νερό πρέπει να είναι σαν τους ανθρώπους που προσπαθούν να κολυμπήσει στο μέλι", είπε.