În acest articol vom aborda un paradox al relativităţii generale: în cazul în care timpul încetineşte în apropiere de orizontul evenimentelor al unei găuri negre, cum se poate ca ceva să cadă vreodată în interiorul ei? Întrebarea la care voi răspunde este: „Dacă o gaură neagră deformează spaţiul-timp într-o asemenea măsură încât încetineşte şi chiar opreşte timpul, cum se poate ca ceva să dispară vreodată dincolo de orizontul evenimentului (sau de punctul în care t=0)?

 

 

Mie mi se pare că, pe baza înţelegerii mele superficiale a fenomenului, în cele din urmă, după producerea tuturor efectele care au loc la marginea exterioară a unei găuri negre, nu se poate întâmpla niciodată nimic din moment ce orice proces fizic implică o legătură între timp, cauză şi efect. Greşesc cu ceva aici?"

Hai să spunem un lucru încă de la început: găurile negre sunt minunate. Ele sunt doar deformări ale spaţiului-timp despre care ştim că există. Aproape fiecare galaxie mare, inclusiv cea a noastră, pare a avea o gaură neagră supermasivă în centrul ei.

Găurile negre sunt obiecte ridicol de simple, dacă le considerăm doar pe cele care nu se rotesc. În continuare vă voi vorbi doar despre cele mai simple dintre ele. Ele constau în esenţă dintr-o „singularitate" compactă, infinită, aflată în centrul ei şi o margine exterioară cunoscută sub numele de „orizont" de la care nimic nu poate scăpa (şi aici ar fi cazul să folosesc un glas ameninţător şi înfricoşător), nici măcar lumina. În termeni astronomici, ele sunt de mici dimensiuni. Pentru ca Soarele nostru să devină o gaură neagră el ar trebui să aibă o rază mai mică decât oraşul Philadelphia. Chiar şi gaura neagră din centrul Căii Lactee, care are o masă de 3 milioane de ori masa Soarelui, s-ar putea potrivi confortabil în interiorul orbitei lui Mercur.

Bine, probabil că ştiaţi toate aceste informaţii. Trebuie însă să mai risipesc câteva mituri înainte de a vorbi despre deformarea puternică a spaţiului.

 

 

1. Găurile negre nu aspiră

Să presupunem că Soarele s-ar transforma brusc într-o gaură neagră. Aţi putea observa asta? Sigur că aţi dori. Soarele şi-ar înceta existenţa şi noi am muri prin congelare. Dar în momentele premergătoare morţii probabil v-aţi gândi că J.J. Abrams v-a minţit. În loc ca Pământul să fie atras în gaura neagră aflată în locul Soarelui, planeta Pământ şi-ar păstra mişcarea de revoluţie în jurul unui punct aparent gol din cer, exact aşa cum a făcut dintotdeauna.


2. De fapt nu puteţi vedea găurile negre

Găurile negre sunt numite astfel deoarece ele nu emit lumină. Cineva ar putea spune însă că noi, într-adevăr, „vedem" găurile negre sub forma quasarilor din alte galaxii. Doar că acest lucru nu este tocmai adevărat. Ceea ce noi vedem, într-adevăr, este gazul fierbinte şi strălucitor care se scurge într-o gaură neagră sau norii de gaz strălucitor aflaţi în jurul ei. Şi apropo, cu excepţia unor jeturi radio gigante pe care le putem observa în mod direct, noi nu putem observa şi altceva pentru că nu putem elimina aceşti nori luminoşi din jurul lor. Când vedeţi detalii ale discurilor de acreţie din revistele cu ştiri despre găurile negre trebuie să aveţi în vedere că a existat cineva care a folosit MS Paint sau orice altă tehnică care poate fi utilizată în prezent pentru a executa imagini artistice ale găurilor negre.

Lăsaţi-mă în continuare să anticipez reacţia unui tocilar care ar putea susţine că există o posibilitate chiar mai bună de a observa găurile negre şi anume prin intermediul radiaţiei Hawking. Aceasta reprezintă una din cele mai impresionate idei din astrofizică şi în care cred cei mai mulţi fizicieni, chiar dacă noi nu am observat niciodată această radiaţie. Lângă orizontul unei găuri negre sunt create, în mod constant, perechi de particule şi antiparticule. Una dintre aceste particule scapă de atracţia găurii negre şi creează acest tip de radiaţie (în acest fel gaura neagră pierde constant masă şi energie). Radiaţia Hawking este însă mult prea slabă şi este emisă pe o gamă largă de lungimi de undă pentru a putea fi văzută în mod direct.


Deoarece am reuşit să vă comunic aceste informaţii putem trece la întrebarea: de ce este atât de special orizontul evenimentului unei găuri negre?

Una dintre cele mai importante predicţii ale relativităţii generale este că timpul se scurge mai lent lângă corpurile masive, decât la o distanţă de acestea. Pe Pământ noi nu vom observa acest efect, deoarece el reprezintă doar aproximativ 1 parte dintr-un miliard. Cu toate acestea, pe o stea neutronică efectul este de 20% sau chiar mai mult. Am putea să stăm o perioadă de timp în apropiere de o asemenea stea şi la întoarcerea acasă să constatăm că am călătorit în viitor. Trebuie să reţineţi că aceasta este o călătorie într-un singur sens.

Găurile negre permit o călătorie în timp într-un mod chiar mai eficient deoarece la orizontul evenimentelor unei găuri negre efectul deformării timpului devine practic infinit. Dar aici există un paradox. Dacă timpul încetineşte infinit de mult în apropiere de această suprafaţă atunci înseamnă că, probabil, este nevoie de tot mai mult timp pentru a ne apropia din ce în ce mai mult de orizontul evenimentelor. Cum ar mai putea atunci ceva să cadă vreodată în interiorul unei găuri negre ?

Să ne imaginăm că aveţi un prieten pe care nu-l deranjează să se sacrifice pentru ştiinţă. Să presupunem că el s-a decis să sară cu picioarele înainte într-o gaură neagră. Ce o să vedeţi atunci când el va traversa orizontul evenimentelor unei găuri negre?

Ei bine, în primul rând, nu vei putea să-l vezi traversând orizontul evenimentelor pentru că el va fi rupt în bucăţi de către forţele mareice cu mult timp înainte de acesta. El va fi, de asemenea, strivit de puternica forţă gravitaţională a găurii negre până când va fi descompus atom cu atom.

Este regretabil pentru prietenul tău deoarece el, cu siguranţă, nu va supravieţui acestui calvar. Există totuşi şi o veste bună. Un prieten şi fost profesor de-al meu, Rich Gott, a făcut un calcul interesant în care el a găsit că, indiferent de mărimea găurii negre, ar dura aproximativ o zecime de secundă între momentul când ai simţit cea mai blândă influenţă neplăcută din partea unei găuri negre până în momentul în care ai fi descompus atom cu atom de aceasta.

Dar haideţi să uităm de aceste neplăceri. Chiar dacă prietenul tău ar putea supravieţui, într-un fel, apropierii de gaura neagră, nu ai putea să-l vezi căzând în ea pentru că semnalul său luminos va dispare. Dacă timpul încetineşte atunci înseamnă că orice ai putea folosi pentru a măsura timpul, inclusiv frecvenţa luminii, va apărea, de asemenea, încetinit. Lumina emisă de nava spaţială a prietenului tău va avea, de exemplu, o lungime de undă din ce în ce mai mare pe măsură ce el se apropie de orizontul găurii negre până într-un moment în care nu o vei mai putea vedea deloc. Chiar dacă v-aţi căuta prietenul cu ajutorul unui detector de unde radio, în cele din urmă semnalul provenit de la el va avea o frecvenţă mult prea mică pentru a-l mai putea observa.

Desigur, din punctul de vedere al prietenului tău totul se întâmplă invers. Fotonii şi alte particule care vin din exterior vor avea o frecvenţă mult mai mare şi energii mult mai mari decât în mod obişnuit. Chiar dacă el ar putea supravieţui cumva apropierii de gaura neagră particulele ce au o mare energie l-ar distruge. Aici ne confruntăm cu o temă comună printre fizicieni care reprezintă una dintre enigmele găurilor negre. La urma urmei, în cazul în care totul (chei, scaune, prieteni şi particule) îşi pierd identitatea atunci când acestea se prăbuşesc într-o gaură neagră, ce se întâmplă cu informaţia pe care o conţineau?

Şi acolo ar putea exista, de asemenea, o mulţime de particule. Aşa cum voi vă vedeţi prietenul devenind din ce în ce mai lent, el te va vedea pe tine devenind tot mai energic. Într-adevăr, cineva aflat lângă marginea unei găuri negre ar observa restul Universului accelerat într-un mod infinit. El ar putea vedea literalmente întregul viitor al Universului.

Toate acestea se întâmplă numai dacă cineva s-ar apropia suficient de mult de o gaură neagră fără a cădea în ea. În cazul în care cineva ar cădea într-o gaură neagră el ar trece orizontul ei şi noi abia l-am mai putea observa (exceptând moartea sa). Din perspectiva cuiva (eventual particule) aflat în interiorul unei găuri negre nu există niciun paradox. Totul se întâmplă într-o perioadă rezonabilă de timp.

Cât de rezonabilă? Ei bine, cred că mai bine ar fi să răspund la întrebarea iniţială. Să presupunem că prietenul tău urmează să cadă într-o gaură neagră având masa Soarelui şi el se află la o distanţă faţă de gaura neagră egală cu distanţa dintre Pământ şi Soare. În acest caz ar fi nevoie de un timp surprinzător de lung pentru ca el să ajungă să cadă în gaura neagră (din perspectiva lui), ceva mai mult de 2 luni. Desigur, cu excepţia ultimei secunde sau ceva asemănător, această cădere este lipsită de incidente. De fapt, până în ultimul minut sau cam aşa ceva, prietenul tău nu se deplasează cu o fracţiune apreciabilă din viteza luminii şi este atât de departe în afara orizontului de evenimente al găurii negre încât voi doi aţi putea avea o conversaţie perfect normală, aproape sincronizată în timp.

Dar după ce prietenul tău va cădea în gaura neagră şi va încerca să vă spună cât timp i-a luat să ajungă acolo, trebuie să reţineţi că nu se mai poate face nimic în privinţa lui. Amintiţi-vă, nimic nu poate scăpa de acolo, nici chiar lumina. Dar voi, desigur, ştiţi deja asta.



Traducere de Cristian-George Podariu după how-long-does-it-take-for-you-to-fall-into-a-black-hole


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!