Υπάρχουν πραγματικά οι μαύρες τρύπες;

Πηγή: NewScientist, 18 Ιουνίου 2007

Οι μαύρες τρύπες μπορεί να μην υπάρχουν - ή τουλάχιστον όχι όπως έχουν τις έχουν φανταστεί οι επιστήμονες, πίσω από έναν αδιαπέραστο "ορίζοντα γεγονότων". Ένας αμφισβητούμενος νέος υπολογισμός θα μπορούσε να καταργήσει τον ορίζοντα, και να λύσει έτσι ένα ενοχλητικό παράδοξο στη φυσική. Ο ορίζοντας γεγονότων υποτίθεται πως χαρακτηρίζει ένα όριο πέρα από το οποίο τίποτα δεν μπορεί να δραπετεύσει από τη βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας.

Η συμβατική άποψη για τις μαύρες τρύπες περιλαμβάνουν έναν "ορίζοντα γεγονότων" πέρα από τον οποίο τίποτα δεν μπορεί να δραπετεύσει. Αλλά ένας νέος υπολογισμός προτείνει ότι η κατάρρευση της ύλης δεν μπορεί ποτέ να γίνεται αρκετά πυκνή ώστε να διαμορφώσει έναν ορίζοντα γεγονότων, και αντί αυτών σχηματίζονται "μαύρα αστέρια".

Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, ακόμη και το φως είναι παγιδευμένο μέσα στον ορίζοντα, και καμία πληροφορία για ό,τι περιήλθε μέσα στην τρύπα δεν μπορεί ποτέ να δραπετεύσει. Οι πληροφορίες φαίνεται να μειώνονται από το σύμπαν.

Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις εξισώσεις της κβαντομηχανικής, οι οποίες διατηρούν πάντα τις πληροφορίες. Πώς άραγε μπορεί να επιλυθεί αυτή η σύγκρουση;

Οι ερευνητές έχουν προτείνει κατά το παρελθόν μια δυνατότητα: οι πληροφορίες να διαρρέουν πίσω προς τα έξω πάλι με αργό τρόπο. Μπορεί να κωδικοποιηθεί σε μια υποθετική ροή των σωματιδίων, που λέγεται ακτινοβολία Hawking, η οποία θεωρείται πως ξεφεύγει από τον ορίζοντα γεγονότων των μαύρων οπών, μπερδευόμενη με τον κβαντικό αφρό που είναι πάντα παρών στο διάστημα.

Άλλοι πάλι ερευνητές υποστηρίζουν ότι οι πληροφορίες δεν μπορεί ποτέ να είχαν αποκοπεί αρχικά. Ο Tanmay Vachaspati και οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve στο Κλήβελαντ του Οχάιο, έχουν προσπαθήσει να υπολογίσουν τι συμβαίνει όταν σχηματίζεται μια μαύρη τρύπα. Χρησιμοποιώντας μια ασυνήθιστη μαθηματική προσέγγιση, που λέγεται λειτουργική εξίσωση Schroedinger, ακολουθούν μια σφαίρα από υλικό καθώς αυτή καταρρέει προς το εσωτερικό της, και προβλέπουν τι θα έβλεπε ένας απόμακρος παρατηρητής.

Έτσι, διαπιστώνουν ότι η βαρύτητα της καταρρέουσας μάζας αρχίζει να αναστατώνει το κβαντικό κενό, παράγοντας κάτι που ονομάζουν ακτινοβολία "προ-Hawking". Η απώλεια αυτής της ακτινοβολίας μειώνει το σύνολο της υλο-ενέργειας του αντικειμένου - έτσι ώστε δεν γίνεται ποτέ τόσο πυκνή για να σχηματίσει έναν ορίζοντα γεγονότων και μια αληθινή μαύρη τρύπα. "Δεν υπάρχει κανένα τέτοιο πράγμα", τονίζει ο Vachaspati. "Υπάρχουν μόνο αστέρια που βαδίζουν προς την δημιουργία μιας μαύρης τρύπας, αλλά ποτέ δεν φτάνει εκεί.

Σκοτάδι και πυκνότητα

Υπάρχουν δε αντικείμενα που τα ονομάζουν "μαύρα αστέρια" που από μακριά μοιάζουν με τις μαύρες τρύπες, λέει ο Vachaswati. Από την άποψη ενός απόμακρου παρατηρητή, η βαρύτητα διαστρεβλώνει την φαινόμενη ροή του χρόνου, έτσι ώστε η ύλη που πέφτει προς το εσωτερικό να επιβραδύνεται. Καθώς δε η ύλη φτάνει ολοένα και πιο κοντά στην περιοχή όπου θεωρητικά θα υπήρχε ο ορίζοντας γεγονότων, η ύλη εξασθενίζει, το δε μήκος κύματος του φωτός του αυξάνει τόσο πολύ από τη βαρύτητα του σκοτεινού αντικειμένου, που θα ήταν σχεδόν αδύνατο να το ανιχνεύσουμε.

Αλλά επειδή η ακτινοβολία προ-Hawking αποτρέπει το σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας με έναν αληθινό ορίζοντα γεγονότων, η ύλη ποτέ δεν εξασθενίζει αρκετά εντελώς. Δεδομένου ότι τίποτα δεν αποκόβεται από το υπόλοιπο του σύμπαντος, δεν υπάρχει κανένα παράδοξο της πληροφορίας.

Εντούτοις, η ιδέα αντιμετωπίζει τη σταθερή αντίθεση άλλων θεωρητικών φυσικών. "Διαφωνώ πλήρως," λέει ο νομπελίστας Gerard "τ Hooft του πανεπιστημίου της Ουτρέχτης στην Ολλανδία. "Η διαδικασία που περιγράφει δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να παραγάγει αρκετή ακτινοβολία που θα αναγκάσει μια μαύρη τρύπα να εξαφανιστεί τόσο γρήγορα, όσο προτείνει." Ο ορίζοντας γεγονότων διαμορφώνεται πολύ πριν να μπορέσει να εξατμιστεί η τρύπα", λέει ο 't  Hooft.

Δοκιμή στο Εργαστήριο

Ο Steve Giddings του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στην Santa Barbara είναι επίσης δύσπιστος. "Τα καλώς κατανοούμενα συμπεράσματα συγκρούονται προφανώς με την εικόνα τους", βεβαιώνει. "Δεν είναι στέρεοι οι υπολογισμοί που θα ήταν ένα σημαντικό βήμα για να κατανοήσουμε εάν η θεωρία τους είναι σωστή."

Αλλά θα μπορούσε να υπάρξει ένας τρόπος για να δοκιμαστεί η νέα θεωρία. Ο Μεγάλος Συγκρουστής Αδρονίων που ήδη κατασκευάζεται στο CERN στη Γενεύη, μπορεί να είναι ικανός να φτιάξει μικροσκοπικές μαύρες τρύπες - ή, εάν ο Vachaspati είναι σωστός, μαύρα αστέρια. Αντίθετα από τις μεγάλες, μεγάλης διάρκειας ζωής μαύρες τρύπες στο διάστημα, αυτά τα μικροσκοπικά αντικείμενα θα εξατμίζονταν γρήγορα. Η διάδοση της ενέργειας με την ακτινοβολία τους μπορεί να μας αποκαλύψει εάν σχηματίζεται ή όχι ένας ορίζοντας γεγονότων.

Εναλλακτικά, τα συγκρουόμενα 'μαύρα αστέρια' στο διάστημα μπορεί να αποκαλυφθούν, όπως λέει ο Vachaspati, γιατί θα ήταν πηγές όχι μόνο κυμάτων βαρύτητας (όπως και οι συγκρουόμενες μαύρες τρύπες), αλλά και ακτίνων γάμμα. Προτείνει λοιπόν ότι θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνες για μερικές από τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα που έχουν παρατηρηθεί από τους αστρονόμους.

Περιοδικό δημοσίευσης: Physical Review D