Evadare din Gaura Neagra
Gaurile Negre sunt printre cele mai misterioase si interesante obiecte din Univers. Majoritatea oamenilor care au auzit despre ele si le imagineaza ca pe niste "scurgeri", niste "vortexuri" care "sug totul catre centru" - nimic nu le poate scapa, nici macar lumina - de aici denumirea de "gaura neagra".
Acest articol va fi cel mai indraznet (si potential "nebunesc") articol pe care l-am scris vreodata - nu doar prin complexitatea lucrurilor pe care trebuie sa le iau in calcul, ci si datorita potentialelor rezultate/concluzii ce vor deriva din constructia lui. De ce? Pentru ca ne vom gandi, impreuna, la o metoda de a scapa "vii" dintr-o gaura neagra, lucru ce pare, in prezent, imposibil.
Personal, nu am auzit niciun fel de idee similara cu ceea ce voi scrie in acest articol, nicaieri, la nimeni. Ceea ce inseamna ori ca nimeni nu s-a gandit la asta, ori ca cineva s-a gandit dar din calcule matematice a rezultat ca e imposibil si nu si-a mai pierdut timpul cu o astfel de idee, ori ca cine s-a gandit nu a privit lucrurile din perspectiva corecta - a ignorat anumite aspecte, pe care le voi prezenta, aici.
Daca ideea este una corecta, atunci este un fapt remarcabil al realitatii, pe care majoritatea comunitatii stiintifice il ignora. Fiecare dintre voi va trebui sa decida, pentru el, daca ideea mea suna plauzibil sau nu - si daca premisele de la care pleaca sunt plauzibile sau nu. Evident, este greu de facut acest lucru pentru ca vorbim despre cele mai complicate lucruri din fizica, chiar si la nivel conceptual, si cu atat mai complicate daca ar fi sa le abordam matematic (presupunand ca am avea o astfel de capacitate/foarte mult timp la dispozitie).
Asa ca va trebui sa ne limitam la a discuta la nivel conceptual. Ce trebuie sa luam in calcul pentru aceasta discutie? Cam totul: relativitatea speciala, relativitatea generala si mecanica cuantica. Nu ne putem lipsi de niciunul dintre aceste elemente pentru ca fiecare participa in mod obligatoriu la incercarea noastra de a supravietui si evada dintr-o Gaura Neagra.
Ce este o Gaura Neagra?
Inainte de a incerca sa raspundem la intrebarea "cum sa evadam dintr-o Gaura Neagra" trebuie sa intelegem ce este, de fapt, o Gaura Neagra?
Pentru scopurile acestei postari nu este nevoie de o descriere detaliata a unei Gauri Negre - ci doar de intelegerea conceptuala a acesteia. O Gaura Neagra este o zona din spatiu-timp unde gravitatia devine atat de puternica incat pentru a parasi acea zona trebuie sa calatoresti mai rapid decat viteza luminii - lucru imposibil, viteza luminii fiind absoluta in orice cadru de referinta.
Cum ajunge o astfel de zona sa existe? Prin prabusirea (implozia) unei stele masive (in marea majoritate a cazurilor). Cat de masiva trebuie sa fie steaua pentru a ajunge intr-o astfel de stare? Trebuie sa aiba o masa de peste 1,4 ori mai mare decat masa Soarelui - cu alte cuvinte, trebuie sa treaca peste limita Chandrasekhar.
Limita Chandrasekhar este masa critica a unei stele, peste care daca trece, presiunea degenerata electronica nu este indeajuns pentru a-i preveni prabusirea.
Am mai scris, intr-o postare anterioara, despre presiunea degenerata electronica si despre presiunea degenerata neutronica - cele doua previn prabusirea unei stele intr-o gaura neagra.
La sfarsitul vietii unei stele, cand fuziunea nucleara nu mai este capabila sa produca o presiune indeajuns de mare pentru a preveni prabusirea ei, materia incearca sa se prabuseasca spre centrul stelei. Ce o opreste? Principiul de excluziune al lui Pauli - electronii cu aceeasi stare cuantica nu pot ocupa acelasi loc in spatiu - de-asta electronii sunt particule de materie.
Acelasi este motivul pentru care nu-ti poti trece mana prin masa sau nu poti cadea prin podea spre centrul Pamantului - principiul de excluziune al lui Pauli previne ca atomii din corpul tau sa ocupe acelasi loc cu atomii din masa, podea, sau Pamant.
Daca masa stelei este foarte mare si trece peste limita Chandrasekhar, atunci presiunea la care sunt supusi electronii si protonii stelei este atat de mare, incat procesul dezintegrarii neutronice (in care un neutron lasat liber se dezintegreaza intr-un proton, electron, anti-neutrino electronic si energie kinetica) se desfasoara in sens invers, electronii si protonii din stea fiind uniti impreuna si transformati in neutroni.
Neutronii avand o masa de 1836.68 ori mai mare decat electronii au o lungime de unda mai mica (o frecventa mai mare, si deci o masa mai mare) si pot ocupa un loc mai mic in spatiu. Aici intervine presiunea degenerata neutronica - aceeasi ca cea electronica, dar aplicata neutronilor.
Daca masa este si mai mare, atunci, conform relativitatii generale, gravitatia este prea puternica pentru a fi oprita de energia degenerata si totul se prabuseste intr-o gaura neagra. Atentie - materia nu este concentrata intr-un punct, in centru - materia este distrusa in centrul gaurii negre, denumit o singularitate, si obiectul ce ramane este format din spatiu-timp curbat, nu din materie - o gaura neagra este un obiect format din spatiu-timp, nu din ceva "palpabil". Singularitatea rezultata va avea densitate infinita (retinem aceasta idee, pentru ca ne vom intoarce la ea).
Asadar, o gaura neagra este o zona din spatiu ce contine o singularitate ("punctul central" al gaurii negre) si un orizont evenimential - reprezentat de zona din spatiu de unde, pentru a iesi de sub influenta gaurii negre, ar trebui sa calatoresti mai repede decat viteza luminii, lucru interzis de relativitatea speciala.
Cu alte cuvinte - orizontul evenimential este locul din spatiu peste care, daca ai trecut, nu te mai poti intoarce. Ne putem imagina gaura neagra ca fiind o sfera, iar orizontul evenimential ca fiind suprafata sferei: daca intri din greseala dupa suprafata sferei, nu mai poti iesi in afara ei.
Ce se intampla intr-o gaura neagra, daca totusi ai intrat in ea?
Odata intrat in gaura neagra, lucrurile nu se schimba foarte mult fata de "in exteriorul ei". Schimbarile fundamentale se intampla in spatiul Minkowski, si anume, ceea ce credeai ca este "spatiu" este acum "timp", si invers. Motivul real pentru care nu poti iesi din gaura neagra este ca, dupa ce treci de orizontul evenimential, singularitatea se afla in viitorul tau. Conform relativitatii generale, timpul ia sfarsit in singularitate.
Acest lucru are o consecinta usor contra-intuitiva: deoarece coordonatele spatio-temporale se schimba intre ele, daca incerci sa "fugi" din gaura neagra, sa iesi din ea, orice deplasare pe care o faci prin ceea ce tu crezi ca este spatiu este o deplasare prin timp - ceea ce inseamna ca daca incerci sa fugi, ajungi mai repede in gaura neagra - pentru ca te-ai deplasat prin timp, si nu prin spatiu.
Daca un astfel de lucru pare greu de crezut (si recunosc ca este) - putem privi lucrurile altfel - te poti referi la spatiu in continuare ca spatiu, si la timp, ca timp. Cu alte cuvinte, poti sa nu faci schimbul intre cele doua, odata ce intri in gaura neagra (odata ce treci de orizontul evenimential).
Sa presupunem ca vrei sa fugi in afara prin spatiu - datorita faptului ca te misti prin spatiu, timpul pentru tine, din perspectiva navei in care te afli (sa zicem ca ai intrat intr-o nava spatiala) - timpul va trece mai lent pentru tine decat in exterior. Cu cat mai aproape de viteza luminii te vei deplasa, cu atat mai lent va trece timpul pentru tine fata de in exterior. Datorita acestui lucru, pentru tine va trece, sa zicem, 1 secunda, iar in afara vor trece 1000 de secunde - timp in care vei ajunge deja in singularitate, care te trage inexorabil catre ea.
Cel mai bun lucru, conform acestei logici, este sa stai pe loc - iti da cel mai mare timp de supravietuire pana vei fi spaghetificat.
Spaghetificare
Conceptul de "spaghetificare" nu este altceva decat un eufemism pentru "distrugere", "moarte" sau "deces". Le putem folosi interschimbabil, dar fara detaliul aditional pe care termenul "spaghetificare" il poseda - si anume, faptul ca atunci cand te apropii de singularitate, vei fi transformat intr-un torent de particule, aranjate una dupa alta, care vor ajunge in singularitate unde vor fi distruse.
Presupunand ca pici cu picioarele inainte spre singularitate, fortele gravitationale aplicate picioarelor tale vor fi mai mari decat cele aplicate capului tau, care este mai departat de singularitate. Ceea ce inseamna ca, de la un punct incolo, diferenta de forta dintre capul tau si picioarele tale va fi atat de mare incat te va rupe in bucati, si bucatile ce rezulta vor fi rupte un bucati mai mici si asa mai departe, pana cand vei ajunge o serie de particule ce vor fi distruse in singularitate.
Cam aceasta este soarta oricui trece de orizontul evenimential al unei gauri negre. Conform relativitatii generale.
Rezumatul este urmatorul: odata trecut de orizontul evenimential, nu exista nicio posibilitate sa mai iesi din gaura neagra. Timpul insusi curge catre singularitate, care reprezinta momentul din timp (nu locul din spatiu) cand timpul se termina. A spune "ce se afla dupa ce treci de singularitate?" este o intrebare fara sens - nu exista conceptul de "dincolo de singularitate" - singularitatea este momentul unde timpul se termina.
Deja-vu?
Daca aveti un deja-vu cand cititi aceste lucruri, nu ar trebui sa va mire. Daca nu aveti, atunci trebuie sa va ganditi mai amanuntit la inversul acestei situatii.
Nu vi se pare ca toata treaba asta suna similar cu Big-Bangul? Ce reprezinta Big-Bangul? Reprezinta momentul din timp cand Universul a aparut in existenta. Din nou, a spune "ce a fost inainte de Big Bang?" este o intrebare fara sens, pentru ca e ca si cum ai intreba "ce se afla la nord de polul nord?" - nu se afla nimic - in orice directie te-ai duce, odata ce esti la polul nord, este "mai departe" de polul nord decat unde te afli acum.
Similar, dar in directia timpului, se intampla atunci cand vrei sa mergi "inainte de Big Bang" - in orice "directie temporala" ai vrea sa te duci, te-ai duce in viitor, pentru ca esti la punctul minim al timpului, la momentul Big Bangului.
Asadar - intr-o gaura neagra, timpul curge catre singularitate, unde ia sfarsit. In modelul Big Bang, timpul curge in afara singularitatii, de unde incepe.
Ajungem, deci, la conceptul de Gaura Alba. O Gaura Alba este inversul unei Gauri Negre - daca o Gaura Neagra este o zona din spatiu unde, daca intri, in viitorul tau se afla singularitatea si timpul ia sfarsit, o Gaura Alba este o zona din spatiu unde in viitorul tau se afla orizontul evenimential si lumea exterioara, iar in trecutul tau se afla singularitatea. Timpul curge spre orizontul evenimential si lumea exterioara, nu spre singularitate. Ceea ce inseamna ca, oricat de mult ai vrea, nu te poti intoarce in gaura alba - a te intoarce in gaura alba ar insemna a calatori inapoi in timp, sau a calatori mai rapid decat viteza luminii.
Similaritatea dintre o Gaura Alba si o Gaura Neagra este faptul ca pentru a intra intr-o Gaura Alba sau pentru a iesi dintr-o Gaura Neagra trebuie sa faci doua lucruri echivalente intre ele: ori sa calatoresti mai rapid decat viteza luminii, ori sa calatoresti inapoi in timp. Aceste doua lucruri sunt aplicabile pentru ambele tipuri de "gauri".
Ne putem pune problema "OK, dar daca Gaurile Albe sunt posibile, cum de nu am observat niciodata niciuna?" - raspunsul este ca nu putem observa decat o singura gaura alba - cea din care "venim" - in speta, Big Bangul. O Gaura Alba se afla in mod obligatoriu in trecut - nu poti crea o gaura alba, oricat de mult ai incerca.
Si ce legatura au toate aceste lucruri cu evadarea din Gaura Neagra?
Acum avem baza unei discutii mai amanuntite despre un eventual plan de supravietuire, daca se intampla sa fi intrat (cu voia sau fara voia noastra) dincolo de orizontul evenimential al unei gauri negre. Si da, acum lucrurile devin interesante.
Conform relativitatii generale, nu exista niciun mod prin care sa supravietuim unui astfel de eveniment - odata trecuti de orizontul evenimential, singularitatea cu densitate infinita se afla in viitorul nostru, si nu putem face nimic sa schimbam asta.
Daca vedem acest fapt doar prin perspectiva relativitatii generale, care este o teorie clasica a naturii, intr-adevar, nu avem nicio sansa de supravietuire.
Dar n-am spus nimic despre mecanica cuantica. Cumva, am avut grija s-o ignoram in tot acest timp. Ar putea, oare, mecanica cuantica sa vina (pentru a nu stiu cata oara) in ajutorul nostru si sa ne salveze? Pai, haideti sa vedem.
Se ne uitam la singularitatea gaurii negre. Am spus despre ea ca are o densitate infinita. Dar principiul de incertitudine Heisenberg spune ca nu putem sti cu precizie valoarea anumitor perechi de marimi conjugate, cum ar fi pozitia si impulsul unei particule in acelasi timp.
Cum putem calcula momentul precis in care vom ajunge in singularitate, si avem densitatea ei ca fiind infinita (si putem sti si locul din spatiu unde se "afla" singularitatea, in sensul ca se afla in centrul sferei determinate de orizontul evenimential) - stim o sumedenie de lucruri cu precizie - stim pozitia, stim timpul si stim densitatea cu precizie.
Insa principiul de incertitudine spune ca nu putem sti toate aceste lucruri, deodata. De ce intervine principiul de incertitudine? Pentru ca vorbim despre un punct in spatiu - simtit de noi ca un moment in timp, odata ce am trecut de orizontul evenimential, iar un punct in spatiu este in domeniul mecanicii cuantice, si nu mecanicii clasice. Mecanica cuantica devine foarte importanta cand vorbim despre astfel de dimensiuni.
Avand in vedere toate aceste lucruri, este posibil (din nou, tot ce facem aici este sa speculam, spunand "este posibil", nu "cu certitudine asa se intampla") ca densitatea singularitatii sa nu fie infinita - mecanica cuantica nu-i permite sa fie infinita. Astfel, va avea o valoare uriasa, dar finita. Sa-i dam o valoare "din burta", doar de dragul de a avea ceva palpabil: 10^100 kg/cm^3. Acest lucru se cheama o singularitate slaba.
Chiar si cu aceasta valoare finita, suntem in continuare distrusi in singularitate. Asadar, chiar si cu mecanica cuantica venind in ajutor si eliminand valoarea infinita din singularitate, am ramas cu o valoare finita, dar uriasa (care, cel mai probabil, fluctueaza).
Relativitatea vine in ajutor
Daca pana acum relativitatea (atat cea speciala cat si cea generala) ne-au sabotat, prima omorandu-ne mai repede si a doua, well, omorandu-ne, ce-ar fi ca lucrurile sa se schimbe in favoarea noastra? Cum ne-am putea folosi de ambele pentru a supravietui gaurii negre?
OK, deci, am trecut de orizontul evenimential, si ne indreptam inexorabil catre singularitate, unde vom fi distrusi de densitatea infinita din momentul cand vom ajunge acolo. Mecanica cuantica a venit si, prin principiul de incertitudine, ne-a redus densitatea de la o valoare infinita la o valoare finita, dar uriasa, 10^100 kg/cm^3 - o singularitate slaba.
Ce putem face pentru a supravietui?
In exterior nu mai putem iesi, orice am face. Acest lucru nu se va schimba - in viitorul nostru, exista, cu certitudine, singularitatea. Dar ce-ar fi sa ne indreptam cu toata viteza catre singularitate, in loc sa incercam sa "fugim" de ea? Oare ce s-ar intampla? Ce se intampla daca gandesti invers?
In primul rand, ce spune relativitatea speciala? Pai, avand in vedere ca te deplasezi prin timp, si nu prin spatiu, cu cat te deplasezi mai repede, cu atat mai repede ajungi la singularitate. Asta pare un lucru rau. Dar daca ne gandim mai bine, tocmai astfel vei reusi sa evadezi.
Ne vom deplasa cu cea mai mare viteza posibila pe care o putem genera prin "spatiu" (adica prin timp). Pentru ceasurile de la bordul navei noastre va trece o fractiune de secunda - in exterior va trece foarte mult timp - timp in care vom ajunge in singularitate.
Cheia intregii afaceri este urmatoarea - daca sau daca nu ia sfarsit timpul in singularitate. Daca timpul ia sfarsit, atunci, evident, noi luam sfarsit. Timpul si spatiul iau sfarsit, si noi "luam sfarsit" odata cu ele.
Am spus insa ca relativitatea generala permite existenta gaurilor albe, dar ca nu le putem face noi - intotdeauna ele vor exista in trecutul nostru. Insa cine a spus ca o gaura neagra nu le poate face? O gaura neagra poate face exact asta - poate incheia timpul si spatiul din cadrul nostru de referinta, moment in care un nou spatiu-timp ia nastere intr-o gaura alba. Evident, acest lucru este o speculatie.
Problema este ca odata ajungi in singularitate, chiar si daca un nou spatiu-timp ar fi creat prin intermediul unei gauri albe, am fi distrusi de densitatea gigantica din singularitate. Dar, din nou, ne intoarcem la ceea ce am spus despre relativitatea speciala - daca la bordul navei timpul trece foarte lent relativ la "ce se intampla afara", atunci, din perspectiva noastra, a celor din nava, a trecut o fractiune de secunda, in timp ce in afara au trecut ani/decenii/milenii/miliarde de ani.
Daca viteza navei este foarte, foarte mare, atunci impactul cu singularitatea este atat de scurt, incat este practic 0. Practic facem ca timpul in care singularitatea actioneaza asupra noastra incat sa ne poata distruge este zero.
Ca o analogie, imagineaza-ti ca esti lovit de un tren, dar impactul este extraordinar de scurt. Mai scurt decat fizic posibil, mai scurt decat timpul Planck. Am putea spune, din toate punctele practice de vedere, ca nu ai fost lovit de tren - trenul nu a avut timp sa interactioneze cu tine si sa produca pagube. Acelasi lucru il facem in impactul cu singularitatea unei gauri negre.
Daca aceste lucruri se dovedesc a fi posibile (si par consistente din punct de vedere logic) - atunci tot ce trebuie sa faci daca intri intr-o gaura neagra este sa te deplasezi cu cea mai mare viteza de care esti capabil - astfel incat timpul de impact dictat de relativitate sa fie extraordinar de scurt. Teoretic vorbind, directia deplasarii nu ar trebui sa conteze - avand in vedere ca te deplasezi prin timp, odata ce intri in gaura neagra - dar directia este relevanta din perspectiva celor din nava - orice schimbare de directie la viteze mari ar genera acceleratii in interiorul navei care te-ar omori instantaneu si ar distruge si nava.
Asadar, ideal este sa intri direct cu viteza mare, constanta, fara acceleratii, direct catre singularitate. Nu vei mai reusi niciodata sa te intorci in Universul tau - singurul lucru posibil va fi sa iesi printr-o gaura alba, intr-un alt spatiu-timp.
Intr-un fel, ne putem gandi ca intr-o gaura neagra, odata trecut de orizontul evenimential, orizontul evenimential si singularitatea isi schimba rolurile, din punctul tau de vedere - orizontul evenimential devine singularitatea si singularitatea devine orizontul evenimential - gaura neagra devine o gaura alba, din perspectiva ta - orizontul evenimential al gaurii negre este locul unde nu te poti intoarce, intocmai ca o singularitate intr-o gaura alba. Singularitatea gaurii negre este locul catre care te indrepti, intocmai ca orizontul evenimential al unei gauri albe.
Astfel, gaura alba deja se afla in trecutul tau - in speta, singularitatea gaurii albe este ceea ce credeai tu ca este orizontul evenimential al gaurii negre. Gaura neagra in care ai intrat a devenit, pentru tine, o gaura alba. Nu exista niciun paradox, aici - nu se incalca nicio lege a fizicii: pentru tine, in interiorul gaurii negre, este o gaura alba, iar pentru ceilalti, care te observa intrand in gaura neagra, este in continuare o gaura neagra.
Singura diferenta este ca ei fac parte din spatiul-timp initial, iar tu faci parte dintr-un spatiu timp "nou", diferit de cel originar. Presupunand ca poti trece peste singularitate mai rapid decat poate ea interactiona cu tine, astfel oprind-o sa te distruga, ar trebui sa poti supravietui calatoriei. Putem supravietui acestui lucru pentru ca singularitatea are o densitate finita, lucru dat de mecanica cuantica. Daca ar fi fost infinita, impactul, oricat de scurt ar fi fost, ar fi fost fatal. Dar asa, trebuie doar sa avem o viteza indeajuns de mare pentru ca relativitatea speciala sa ne salveze, viteza care, evident, are nevoie de foarte multa energie pentru a putea fi atinsa.
Aceasta este ideea mea, bazata pe relativitatea generala, speciala si mecanica cuantica, a cum sa supravietuiesti unei calatorii intr-o gaura neagra. Evident, toate aceste lucruri sunt speculatii, dar am incercat sa le fac cat se poate de consistente cu ceea ce stim deja. Pana in prezent, nu am auzit de idei similare. Ar fi minunat daca aceasta idee ar putea fi testata matematic.
Acest articol va fi cel mai indraznet (si potential "nebunesc") articol pe care l-am scris vreodata - nu doar prin complexitatea lucrurilor pe care trebuie sa le iau in calcul, ci si datorita potentialelor rezultate/concluzii ce vor deriva din constructia lui. De ce? Pentru ca ne vom gandi, impreuna, la o metoda de a scapa "vii" dintr-o gaura neagra, lucru ce pare, in prezent, imposibil.
Personal, nu am auzit niciun fel de idee similara cu ceea ce voi scrie in acest articol, nicaieri, la nimeni. Ceea ce inseamna ori ca nimeni nu s-a gandit la asta, ori ca cineva s-a gandit dar din calcule matematice a rezultat ca e imposibil si nu si-a mai pierdut timpul cu o astfel de idee, ori ca cine s-a gandit nu a privit lucrurile din perspectiva corecta - a ignorat anumite aspecte, pe care le voi prezenta, aici.
Daca ideea este una corecta, atunci este un fapt remarcabil al realitatii, pe care majoritatea comunitatii stiintifice il ignora. Fiecare dintre voi va trebui sa decida, pentru el, daca ideea mea suna plauzibil sau nu - si daca premisele de la care pleaca sunt plauzibile sau nu. Evident, este greu de facut acest lucru pentru ca vorbim despre cele mai complicate lucruri din fizica, chiar si la nivel conceptual, si cu atat mai complicate daca ar fi sa le abordam matematic (presupunand ca am avea o astfel de capacitate/foarte mult timp la dispozitie).
Asa ca va trebui sa ne limitam la a discuta la nivel conceptual. Ce trebuie sa luam in calcul pentru aceasta discutie? Cam totul: relativitatea speciala, relativitatea generala si mecanica cuantica. Nu ne putem lipsi de niciunul dintre aceste elemente pentru ca fiecare participa in mod obligatoriu la incercarea noastra de a supravietui si evada dintr-o Gaura Neagra.
Ce este o Gaura Neagra?
Inainte de a incerca sa raspundem la intrebarea "cum sa evadam dintr-o Gaura Neagra" trebuie sa intelegem ce este, de fapt, o Gaura Neagra?
Pentru scopurile acestei postari nu este nevoie de o descriere detaliata a unei Gauri Negre - ci doar de intelegerea conceptuala a acesteia. O Gaura Neagra este o zona din spatiu-timp unde gravitatia devine atat de puternica incat pentru a parasi acea zona trebuie sa calatoresti mai rapid decat viteza luminii - lucru imposibil, viteza luminii fiind absoluta in orice cadru de referinta.
Cum ajunge o astfel de zona sa existe? Prin prabusirea (implozia) unei stele masive (in marea majoritate a cazurilor). Cat de masiva trebuie sa fie steaua pentru a ajunge intr-o astfel de stare? Trebuie sa aiba o masa de peste 1,4 ori mai mare decat masa Soarelui - cu alte cuvinte, trebuie sa treaca peste limita Chandrasekhar.
Limita Chandrasekhar este masa critica a unei stele, peste care daca trece, presiunea degenerata electronica nu este indeajuns pentru a-i preveni prabusirea.
Am mai scris, intr-o postare anterioara, despre presiunea degenerata electronica si despre presiunea degenerata neutronica - cele doua previn prabusirea unei stele intr-o gaura neagra.
La sfarsitul vietii unei stele, cand fuziunea nucleara nu mai este capabila sa produca o presiune indeajuns de mare pentru a preveni prabusirea ei, materia incearca sa se prabuseasca spre centrul stelei. Ce o opreste? Principiul de excluziune al lui Pauli - electronii cu aceeasi stare cuantica nu pot ocupa acelasi loc in spatiu - de-asta electronii sunt particule de materie.
Acelasi este motivul pentru care nu-ti poti trece mana prin masa sau nu poti cadea prin podea spre centrul Pamantului - principiul de excluziune al lui Pauli previne ca atomii din corpul tau sa ocupe acelasi loc cu atomii din masa, podea, sau Pamant.
Daca masa stelei este foarte mare si trece peste limita Chandrasekhar, atunci presiunea la care sunt supusi electronii si protonii stelei este atat de mare, incat procesul dezintegrarii neutronice (in care un neutron lasat liber se dezintegreaza intr-un proton, electron, anti-neutrino electronic si energie kinetica) se desfasoara in sens invers, electronii si protonii din stea fiind uniti impreuna si transformati in neutroni.
Neutronii avand o masa de 1836.68 ori mai mare decat electronii au o lungime de unda mai mica (o frecventa mai mare, si deci o masa mai mare) si pot ocupa un loc mai mic in spatiu. Aici intervine presiunea degenerata neutronica - aceeasi ca cea electronica, dar aplicata neutronilor.
Daca masa este si mai mare, atunci, conform relativitatii generale, gravitatia este prea puternica pentru a fi oprita de energia degenerata si totul se prabuseste intr-o gaura neagra. Atentie - materia nu este concentrata intr-un punct, in centru - materia este distrusa in centrul gaurii negre, denumit o singularitate, si obiectul ce ramane este format din spatiu-timp curbat, nu din materie - o gaura neagra este un obiect format din spatiu-timp, nu din ceva "palpabil". Singularitatea rezultata va avea densitate infinita (retinem aceasta idee, pentru ca ne vom intoarce la ea).
Asadar, o gaura neagra este o zona din spatiu ce contine o singularitate ("punctul central" al gaurii negre) si un orizont evenimential - reprezentat de zona din spatiu de unde, pentru a iesi de sub influenta gaurii negre, ar trebui sa calatoresti mai repede decat viteza luminii, lucru interzis de relativitatea speciala.
Cu alte cuvinte - orizontul evenimential este locul din spatiu peste care, daca ai trecut, nu te mai poti intoarce. Ne putem imagina gaura neagra ca fiind o sfera, iar orizontul evenimential ca fiind suprafata sferei: daca intri din greseala dupa suprafata sferei, nu mai poti iesi in afara ei.
Ce se intampla intr-o gaura neagra, daca totusi ai intrat in ea?
Odata intrat in gaura neagra, lucrurile nu se schimba foarte mult fata de "in exteriorul ei". Schimbarile fundamentale se intampla in spatiul Minkowski, si anume, ceea ce credeai ca este "spatiu" este acum "timp", si invers. Motivul real pentru care nu poti iesi din gaura neagra este ca, dupa ce treci de orizontul evenimential, singularitatea se afla in viitorul tau. Conform relativitatii generale, timpul ia sfarsit in singularitate.
Acest lucru are o consecinta usor contra-intuitiva: deoarece coordonatele spatio-temporale se schimba intre ele, daca incerci sa "fugi" din gaura neagra, sa iesi din ea, orice deplasare pe care o faci prin ceea ce tu crezi ca este spatiu este o deplasare prin timp - ceea ce inseamna ca daca incerci sa fugi, ajungi mai repede in gaura neagra - pentru ca te-ai deplasat prin timp, si nu prin spatiu.
Daca un astfel de lucru pare greu de crezut (si recunosc ca este) - putem privi lucrurile altfel - te poti referi la spatiu in continuare ca spatiu, si la timp, ca timp. Cu alte cuvinte, poti sa nu faci schimbul intre cele doua, odata ce intri in gaura neagra (odata ce treci de orizontul evenimential).
Sa presupunem ca vrei sa fugi in afara prin spatiu - datorita faptului ca te misti prin spatiu, timpul pentru tine, din perspectiva navei in care te afli (sa zicem ca ai intrat intr-o nava spatiala) - timpul va trece mai lent pentru tine decat in exterior. Cu cat mai aproape de viteza luminii te vei deplasa, cu atat mai lent va trece timpul pentru tine fata de in exterior. Datorita acestui lucru, pentru tine va trece, sa zicem, 1 secunda, iar in afara vor trece 1000 de secunde - timp in care vei ajunge deja in singularitate, care te trage inexorabil catre ea.
Cel mai bun lucru, conform acestei logici, este sa stai pe loc - iti da cel mai mare timp de supravietuire pana vei fi spaghetificat.
Spaghetificare
Conceptul de "spaghetificare" nu este altceva decat un eufemism pentru "distrugere", "moarte" sau "deces". Le putem folosi interschimbabil, dar fara detaliul aditional pe care termenul "spaghetificare" il poseda - si anume, faptul ca atunci cand te apropii de singularitate, vei fi transformat intr-un torent de particule, aranjate una dupa alta, care vor ajunge in singularitate unde vor fi distruse.
Presupunand ca pici cu picioarele inainte spre singularitate, fortele gravitationale aplicate picioarelor tale vor fi mai mari decat cele aplicate capului tau, care este mai departat de singularitate. Ceea ce inseamna ca, de la un punct incolo, diferenta de forta dintre capul tau si picioarele tale va fi atat de mare incat te va rupe in bucati, si bucatile ce rezulta vor fi rupte un bucati mai mici si asa mai departe, pana cand vei ajunge o serie de particule ce vor fi distruse in singularitate.
Cam aceasta este soarta oricui trece de orizontul evenimential al unei gauri negre. Conform relativitatii generale.
Rezumatul este urmatorul: odata trecut de orizontul evenimential, nu exista nicio posibilitate sa mai iesi din gaura neagra. Timpul insusi curge catre singularitate, care reprezinta momentul din timp (nu locul din spatiu) cand timpul se termina. A spune "ce se afla dupa ce treci de singularitate?" este o intrebare fara sens - nu exista conceptul de "dincolo de singularitate" - singularitatea este momentul unde timpul se termina.
Deja-vu?
Daca aveti un deja-vu cand cititi aceste lucruri, nu ar trebui sa va mire. Daca nu aveti, atunci trebuie sa va ganditi mai amanuntit la inversul acestei situatii.
Nu vi se pare ca toata treaba asta suna similar cu Big-Bangul? Ce reprezinta Big-Bangul? Reprezinta momentul din timp cand Universul a aparut in existenta. Din nou, a spune "ce a fost inainte de Big Bang?" este o intrebare fara sens, pentru ca e ca si cum ai intreba "ce se afla la nord de polul nord?" - nu se afla nimic - in orice directie te-ai duce, odata ce esti la polul nord, este "mai departe" de polul nord decat unde te afli acum.
Similar, dar in directia timpului, se intampla atunci cand vrei sa mergi "inainte de Big Bang" - in orice "directie temporala" ai vrea sa te duci, te-ai duce in viitor, pentru ca esti la punctul minim al timpului, la momentul Big Bangului.
Asadar - intr-o gaura neagra, timpul curge catre singularitate, unde ia sfarsit. In modelul Big Bang, timpul curge in afara singularitatii, de unde incepe.
Ajungem, deci, la conceptul de Gaura Alba. O Gaura Alba este inversul unei Gauri Negre - daca o Gaura Neagra este o zona din spatiu unde, daca intri, in viitorul tau se afla singularitatea si timpul ia sfarsit, o Gaura Alba este o zona din spatiu unde in viitorul tau se afla orizontul evenimential si lumea exterioara, iar in trecutul tau se afla singularitatea. Timpul curge spre orizontul evenimential si lumea exterioara, nu spre singularitate. Ceea ce inseamna ca, oricat de mult ai vrea, nu te poti intoarce in gaura alba - a te intoarce in gaura alba ar insemna a calatori inapoi in timp, sau a calatori mai rapid decat viteza luminii.
Similaritatea dintre o Gaura Alba si o Gaura Neagra este faptul ca pentru a intra intr-o Gaura Alba sau pentru a iesi dintr-o Gaura Neagra trebuie sa faci doua lucruri echivalente intre ele: ori sa calatoresti mai rapid decat viteza luminii, ori sa calatoresti inapoi in timp. Aceste doua lucruri sunt aplicabile pentru ambele tipuri de "gauri".
Ne putem pune problema "OK, dar daca Gaurile Albe sunt posibile, cum de nu am observat niciodata niciuna?" - raspunsul este ca nu putem observa decat o singura gaura alba - cea din care "venim" - in speta, Big Bangul. O Gaura Alba se afla in mod obligatoriu in trecut - nu poti crea o gaura alba, oricat de mult ai incerca.
Si ce legatura au toate aceste lucruri cu evadarea din Gaura Neagra?
Acum avem baza unei discutii mai amanuntite despre un eventual plan de supravietuire, daca se intampla sa fi intrat (cu voia sau fara voia noastra) dincolo de orizontul evenimential al unei gauri negre. Si da, acum lucrurile devin interesante.
Conform relativitatii generale, nu exista niciun mod prin care sa supravietuim unui astfel de eveniment - odata trecuti de orizontul evenimential, singularitatea cu densitate infinita se afla in viitorul nostru, si nu putem face nimic sa schimbam asta.
Daca vedem acest fapt doar prin perspectiva relativitatii generale, care este o teorie clasica a naturii, intr-adevar, nu avem nicio sansa de supravietuire.
Dar n-am spus nimic despre mecanica cuantica. Cumva, am avut grija s-o ignoram in tot acest timp. Ar putea, oare, mecanica cuantica sa vina (pentru a nu stiu cata oara) in ajutorul nostru si sa ne salveze? Pai, haideti sa vedem.
Se ne uitam la singularitatea gaurii negre. Am spus despre ea ca are o densitate infinita. Dar principiul de incertitudine Heisenberg spune ca nu putem sti cu precizie valoarea anumitor perechi de marimi conjugate, cum ar fi pozitia si impulsul unei particule in acelasi timp.
Cum putem calcula momentul precis in care vom ajunge in singularitate, si avem densitatea ei ca fiind infinita (si putem sti si locul din spatiu unde se "afla" singularitatea, in sensul ca se afla in centrul sferei determinate de orizontul evenimential) - stim o sumedenie de lucruri cu precizie - stim pozitia, stim timpul si stim densitatea cu precizie.
Insa principiul de incertitudine spune ca nu putem sti toate aceste lucruri, deodata. De ce intervine principiul de incertitudine? Pentru ca vorbim despre un punct in spatiu - simtit de noi ca un moment in timp, odata ce am trecut de orizontul evenimential, iar un punct in spatiu este in domeniul mecanicii cuantice, si nu mecanicii clasice. Mecanica cuantica devine foarte importanta cand vorbim despre astfel de dimensiuni.
Avand in vedere toate aceste lucruri, este posibil (din nou, tot ce facem aici este sa speculam, spunand "este posibil", nu "cu certitudine asa se intampla") ca densitatea singularitatii sa nu fie infinita - mecanica cuantica nu-i permite sa fie infinita. Astfel, va avea o valoare uriasa, dar finita. Sa-i dam o valoare "din burta", doar de dragul de a avea ceva palpabil: 10^100 kg/cm^3. Acest lucru se cheama o singularitate slaba.
Chiar si cu aceasta valoare finita, suntem in continuare distrusi in singularitate. Asadar, chiar si cu mecanica cuantica venind in ajutor si eliminand valoarea infinita din singularitate, am ramas cu o valoare finita, dar uriasa (care, cel mai probabil, fluctueaza).
Relativitatea vine in ajutor
Daca pana acum relativitatea (atat cea speciala cat si cea generala) ne-au sabotat, prima omorandu-ne mai repede si a doua, well, omorandu-ne, ce-ar fi ca lucrurile sa se schimbe in favoarea noastra? Cum ne-am putea folosi de ambele pentru a supravietui gaurii negre?
OK, deci, am trecut de orizontul evenimential, si ne indreptam inexorabil catre singularitate, unde vom fi distrusi de densitatea infinita din momentul cand vom ajunge acolo. Mecanica cuantica a venit si, prin principiul de incertitudine, ne-a redus densitatea de la o valoare infinita la o valoare finita, dar uriasa, 10^100 kg/cm^3 - o singularitate slaba.
Ce putem face pentru a supravietui?
In exterior nu mai putem iesi, orice am face. Acest lucru nu se va schimba - in viitorul nostru, exista, cu certitudine, singularitatea. Dar ce-ar fi sa ne indreptam cu toata viteza catre singularitate, in loc sa incercam sa "fugim" de ea? Oare ce s-ar intampla? Ce se intampla daca gandesti invers?
In primul rand, ce spune relativitatea speciala? Pai, avand in vedere ca te deplasezi prin timp, si nu prin spatiu, cu cat te deplasezi mai repede, cu atat mai repede ajungi la singularitate. Asta pare un lucru rau. Dar daca ne gandim mai bine, tocmai astfel vei reusi sa evadezi.
Ne vom deplasa cu cea mai mare viteza posibila pe care o putem genera prin "spatiu" (adica prin timp). Pentru ceasurile de la bordul navei noastre va trece o fractiune de secunda - in exterior va trece foarte mult timp - timp in care vom ajunge in singularitate.
Cheia intregii afaceri este urmatoarea - daca sau daca nu ia sfarsit timpul in singularitate. Daca timpul ia sfarsit, atunci, evident, noi luam sfarsit. Timpul si spatiul iau sfarsit, si noi "luam sfarsit" odata cu ele.
Am spus insa ca relativitatea generala permite existenta gaurilor albe, dar ca nu le putem face noi - intotdeauna ele vor exista in trecutul nostru. Insa cine a spus ca o gaura neagra nu le poate face? O gaura neagra poate face exact asta - poate incheia timpul si spatiul din cadrul nostru de referinta, moment in care un nou spatiu-timp ia nastere intr-o gaura alba. Evident, acest lucru este o speculatie.
Problema este ca odata ajungi in singularitate, chiar si daca un nou spatiu-timp ar fi creat prin intermediul unei gauri albe, am fi distrusi de densitatea gigantica din singularitate. Dar, din nou, ne intoarcem la ceea ce am spus despre relativitatea speciala - daca la bordul navei timpul trece foarte lent relativ la "ce se intampla afara", atunci, din perspectiva noastra, a celor din nava, a trecut o fractiune de secunda, in timp ce in afara au trecut ani/decenii/milenii/miliarde de ani.
Daca viteza navei este foarte, foarte mare, atunci impactul cu singularitatea este atat de scurt, incat este practic 0. Practic facem ca timpul in care singularitatea actioneaza asupra noastra incat sa ne poata distruge este zero.
Ca o analogie, imagineaza-ti ca esti lovit de un tren, dar impactul este extraordinar de scurt. Mai scurt decat fizic posibil, mai scurt decat timpul Planck. Am putea spune, din toate punctele practice de vedere, ca nu ai fost lovit de tren - trenul nu a avut timp sa interactioneze cu tine si sa produca pagube. Acelasi lucru il facem in impactul cu singularitatea unei gauri negre.
Daca aceste lucruri se dovedesc a fi posibile (si par consistente din punct de vedere logic) - atunci tot ce trebuie sa faci daca intri intr-o gaura neagra este sa te deplasezi cu cea mai mare viteza de care esti capabil - astfel incat timpul de impact dictat de relativitate sa fie extraordinar de scurt. Teoretic vorbind, directia deplasarii nu ar trebui sa conteze - avand in vedere ca te deplasezi prin timp, odata ce intri in gaura neagra - dar directia este relevanta din perspectiva celor din nava - orice schimbare de directie la viteze mari ar genera acceleratii in interiorul navei care te-ar omori instantaneu si ar distruge si nava.
Asadar, ideal este sa intri direct cu viteza mare, constanta, fara acceleratii, direct catre singularitate. Nu vei mai reusi niciodata sa te intorci in Universul tau - singurul lucru posibil va fi sa iesi printr-o gaura alba, intr-un alt spatiu-timp.
Intr-un fel, ne putem gandi ca intr-o gaura neagra, odata trecut de orizontul evenimential, orizontul evenimential si singularitatea isi schimba rolurile, din punctul tau de vedere - orizontul evenimential devine singularitatea si singularitatea devine orizontul evenimential - gaura neagra devine o gaura alba, din perspectiva ta - orizontul evenimential al gaurii negre este locul unde nu te poti intoarce, intocmai ca o singularitate intr-o gaura alba. Singularitatea gaurii negre este locul catre care te indrepti, intocmai ca orizontul evenimential al unei gauri albe.
Astfel, gaura alba deja se afla in trecutul tau - in speta, singularitatea gaurii albe este ceea ce credeai tu ca este orizontul evenimential al gaurii negre. Gaura neagra in care ai intrat a devenit, pentru tine, o gaura alba. Nu exista niciun paradox, aici - nu se incalca nicio lege a fizicii: pentru tine, in interiorul gaurii negre, este o gaura alba, iar pentru ceilalti, care te observa intrand in gaura neagra, este in continuare o gaura neagra.
Singura diferenta este ca ei fac parte din spatiul-timp initial, iar tu faci parte dintr-un spatiu timp "nou", diferit de cel originar. Presupunand ca poti trece peste singularitate mai rapid decat poate ea interactiona cu tine, astfel oprind-o sa te distruga, ar trebui sa poti supravietui calatoriei. Putem supravietui acestui lucru pentru ca singularitatea are o densitate finita, lucru dat de mecanica cuantica. Daca ar fi fost infinita, impactul, oricat de scurt ar fi fost, ar fi fost fatal. Dar asa, trebuie doar sa avem o viteza indeajuns de mare pentru ca relativitatea speciala sa ne salveze, viteza care, evident, are nevoie de foarte multa energie pentru a putea fi atinsa.
Aceasta este ideea mea, bazata pe relativitatea generala, speciala si mecanica cuantica, a cum sa supravietuiesti unei calatorii intr-o gaura neagra. Evident, toate aceste lucruri sunt speculatii, dar am incercat sa le fac cat se poate de consistente cu ceea ce stim deja. Pana in prezent, nu am auzit de idei similare. Ar fi minunat daca aceasta idee ar putea fi testata matematic.
Comentarii