Του Αντώνη Κοτσαμπασέρη
Το σύμπαν είναι γεμάτο με μυστηριώδη αντικείμενα, και όσα περισσότερα μαθαίνουμε γι’ αυτά, τόσο δυσκολεύουν και οι ερωτήσεις που μας εμπνέουν. Παρά τα τεράστια άλματα προόδου που έχει κάνει η επιστήμη, υπάρχουν ακόμα περιοχές της ανθρώπινης γνώσης που παραμένουν, στην καλύτερη περίπτωση, θολές.
Οι μαύρες τρύπες είναι ένα από αυτά τα αντικείμενα και μάλιστα είναι στο προσκήνιο των φυσικών ερευνών, ιδιαίτερα στον τομέα της κοσμολογίας, καθώς φαίνεται πως κρύβουν σημαντικές πληροφορίες για τη γέννηση του σύμπαντος και την εξέλιξη του. Η θεωρητική τους ανακάλυψη ήρθε ως αποτέλεσμα της έρευνας του Karl Schwarzschild πάνω στην προσφάτως τότε δημοσιευμένης θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein.
Οι εξωπραγματικές ιδιότητες που τις χαρακτηρίζουν, έχουν δημιουργήσει ένα αίσθημα δέους και φλογερής περιέργειας ανάμεσα σε επιστήμονες αλλά και καθημερινούς ανθρώπους. Έχουν ένα ξεχωριστό μέρος στις ιστορίες επιστημονικής φαντασίας, όπου συχνά εμφανίζονται ως μαγικά αντικείμενα που καταστρέφουν τα πάντα στο διάβα τους ή ως πηγές ενέργειας που μπορούν να δώσουν απεριόριστες δυνάμεις σε όσους καταφέρουν να τις ελέγξουν.
Η πιο πρόσφατη εμφάνιση του φανταστικού Gargantua στην ταινία Interstellar, μάλιστα, είναι μέχρι στιγμής η πιο ρεαλιστική απεικόνιση μιας μαύρης τρύπας στην ιστορία του κινηματογράφου, έργο στο οποίο συνεισέφερε ο παγκοσμίου φήμης θεωρητικός φυσικός KipThorne. Ίσως να τον έχετε ακουστά μέσω της συμμετοχής του στην επαναστατική ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων από το LIGO προ ολίγων μηνών!
Τι είναι όμως οι μαύρες τρύπες; Ορίζονται ως σημεία στο χώρο όπου η βαρυτική τους έλξη είναι τόσο δυνατή που ούτε καν το φως μπορεί να δραπετεύσει, εξ ου και ο χαρακτηρισμός “μαύρες”. Αυτό συμβαίνει όταν μία ποσότητα ύλης πιέζεται τόσο ώστε να έχει μικροσκοπικό όγκο και συνεπώς τεράστια πυκνότητα. Τέτοια εξέλιξη έχουν ορισμένοι τύποι αστεριών κατά το θάνατο τους, όπου έχοντας καταναλώσει όλους το καύσιμο, καταρρέουν κάτω από την ίδια τους τη βαρύτητα και όση ύλη τους απομένει βυθίζεται προς τον ανενεργό πλέον πυρήνα.
Αφού, λοιπόν, το φως δεν μπορεί να “γλιτώσει” από τη βαρύτητα τους, είναι αδύνατο να δούμε άμεσα μία μαύρη τρύπα. Έχουμε καταφέρει όμως να τις εντοπίσουμε μέσω της διαταραχής που προκαλούν στον χωροχρόνο, όπου κοντινοί γαλαξίες εμφανίζονται “τεντωμένοι”, μέσω ενός φαινομένου που αποκαλείται βαρυτικός εστιασμός (gravitational lensing).
Μία ακόμα χαρακτηριστική ιδιότητα τους είναι ο ορίζοντας γεγονότων (event horizon), όπου ουσιαστικά αντιπροσωπεύει τα όρια μιας μαύρης τρύπας. Αποκαλείται συχνά το “σημείο χωρίς επιστροφή”, καθώς πέρα αυτό το όριο τίποτα δεν μπορεί να δραπετεύσει τη βαρυτική τους δύναμη.
Στον πυρήνα κάθε μαύρης τρύπας θεωρείται πως υπάρχει ένα από τα πλέον πολύπλοκα φαινόμενα της θεωρητικής φυσικής, η βαρυτική μοναδικότητα (gravitational singularity). Περιγράφεται ως ένα μονοδιάστατο σημείο στο χώρο, στο οποίο η πυκνότητα και η βαρύτητα παίρνουν σαν τιμές το άπειρο, ο χωροχρόνος περιπλέκεται με άπειρη πολυπλοκότητα και οι νόμοι του σύμπαντος καταρρέουν.
Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, στην παρουσία ενός δυνατού βαρυτικού πεδίου ένας εξωτερικός παρατηρητής θα έβλεπε ένα ρολόι να κινείται πιο αργά, κάτι που είναι ανάλογο με τη διαστολή του χρόνου στην ειδική θεωρία, όπως είδαμε σε προηγούμενο άρθρο. Επιπλέον, αντιμετωπίζουμε τη βαρύτητα όχι ως φυσική δύναμη, αλλά σαν μία ιδιότητα της καμπύλωσης του χωροχρόνου από τις μάζες μεγάλων σωμάτων, όπως η Γη, ο Ήλιος ή μία μαύρη τρύπα.
Για πολύ δυνατά βαρυτικά πεδία, η επιτάχυνση που προκαλείται σε ένα σώμα λόγω βαρύτητας έχει την ίδια επίδραση με την επιτάχυνση του διαστημόπλοιου που αναλύσαμε στο παράδοξο των διδύμων. Έχουμε ένα παρόμοιο φαινόμενο διαστολής του χρόνου, στο οποίο συμμετέχουμε κι εμείς χωρίς να το αντιλαμβανόμαστε και έχει πολύ σημαντικές συνέπειες.
Το βαρυτικό πεδίο της Γης κάνει το χρόνο μας να κυλάει πιο αργά από το χρόνο ενός αστροναύτη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό ή ενός δορυφόρου που είναι σε τροχιά γύρω από τη Γη. Μάλιστα αυτή η διαφορά στα δύο “ρολόγια” είναι αρκετά μεγάλη ώστε το Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης, ή σε απλά ελληνικά, το γνωστό GPS, να την υπολογίζει και να τη διορθώνει.
Μία μαύρη τρύπα, λοιπόν, είναι το πιο ακραίο παράδειγμα αυτού του φαινομένου, με το βαρυτικό πεδίο να είναι τόσο δυνατό, ώστε ο χρόνος να κυλάει βασανιστικά αργά σε σχέση με έναν παρατηρητή που βρίσκεται εκτός, και να σταματάει τελείως μέσα στο singularity. Χρησιμοποιώντας αυτή τη λογική, αν κάποια στιγμή η τεχνολογία μας επιτρέψει να φτάσουμε κοντά σε μία μαύρη τρύπα, απλά ταξιδεύοντας σε τροχιά γύρω της ο χρόνος μας θα κυλάει αρκετά πιο αργά σε σχέση με τους ανθρώπους πίσω στη Γη και ουσιαστικά θα έχουμε καταφέρει να ταξιδέψουμε στο μέλλον.
Το ταξίδι στο μέλλον φαίνεται να προσφέρει αρκετές επιλογές και αν είμαστε αρκετά τυχεροί, ίσως να προλάβουμε τις πρώτες εξορμήσεις. Και με το παρόν να γίνεται όλο και πιο σκοτεινό, όσο πιο γρήγορα το καταφέρουμε, τόσο καλύτερα.