Μαύρες Τρύπες. Από τα πιο πολύπλοκα αντικείμενα σε ολόκληρο το Σύμπαν

Οι μαύρες τρύπες  είναι μερικά από τα πιο πολύπλοκα αντικείμενα σε ολόκληρο το Σύμπαν. Αντικείμενα τόσο πυκνά και με τόσο ισχυρή βαρύτητα, ώστε τίποτα ούτε καν το φως μπορεί να ξεφύγει από αυτά.

Αλλά υπάρχει και μια σειρά από πολύ αντιφατικό πράγματα που συμβαίνουν σε αυτά τα αντικείμενα, καθώς θα πλησιάζετε στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, και μόλις τον διασχίσετε δεν θα μπορείτε ποτέ να βγείτε έξω! 

Δεν έχει σημασία τι είδους μαύρη τρύπα συναντάται, έστω και αν είχατε ένα διαστημόπλοιο ικανό να επιταχύνει προς οποιαδήποτε διεύθυνση και με ένα τεράστιο ρυθμό.

Αποδεικνύεται ότι η Γενική Σχετικότητα είναι μια πολύ σκληρή ερωμένη, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για μαύρες τρύπες. Κι όλα όσα συμβαίνουν βαθειά μέσα τους οφείλεται στον τρόπο που μια μαύρη τρύπα κάμπτει τον χωροχρόνο.

Όλα όσα αναφερθούν εδώ αφορούν τις μη περιστρεφόμενες ή Schwarzschild μαύρες τρύπες. Για τις άλλες η ανάλυση είναι παρόμοια αλλά λίγο διαφορετική και πολύ πιο περίπλοκη ποσοτικά.

Όταν είστε πολύ μακριά από μια μαύρη τρύπα, ο χωροχρόνος είναι λιγότερο κυρτός. Στην πραγματικότητα, όταν είστε πολύ μακριά από μια μαύρη τρύπα, η βαρύτητά της είναι δυσδιάκριτη από οποιαδήποτε άλλη μάζα, είτε πρόκειται για ένα άστρο νετρονίων, ένα κανονικό αστέρι, ή απλά ένα διάχυτο νέφος αερίου.

Η μόνη διαφορά είναι ότι αντί για ένα αέριο νέφος, ένα αστέρι, ή ένα αστέρι νετρονίων θα υπάρχει μια εντελώς μαύρη σφαίρα στο κέντρο, από όπου το φως δεν θα είναι ορατό. Εξ ου και η «μαύρη» στο όνομα «μαύρες τρύπες».

Η σφαίρα αυτή, γνωστή ως ορίζοντας γεγονότων, δεν είναι μια φυσική οντότητα, αλλά μάλλον μια περιοχή του διαστήματος – με ένα ορισμένο μέγεθος – από τα οποία κανένα φως δεν μπορεί να δραπετεύσει. Από πολύ μακριά, φαίνεται να είναι το μέγεθος που είναι στην πραγματικότητα, όπως θα περιμένατε.

Αν η Γη ήταν μαύρη τρύπα θα ήταν μια σφαίρα διαμέτρου 1 cm, ενώ ο Ήλιος θα ήταν μια σφαίρα κοντά στο 3 χλμ, η δε υπερβαρέα μαύρη τρύπα – όπως αυτή στο κέντρο του Γαλαξία μας – έχει μέγεθος μιας πλανητικής τροχιάς!

Από μια μεγάλη απόσταση, η γεωμετρία λειτουργεί ακριβώς όπως θα περιμένατε. Αλλά καθώς θα πλησιάζατε προς μία μαύρη τρύπα, μέσα σε ένα άρτια εξοπλισμένο διαστημόπλοιο, θα αρχίσετε να παρατηρείτε κάτι περίεργο. Σε αντίθεση με όλα τα άλλα αντικείμενα που έχετε συνηθίσει, όπου φαίνεται να έχουν μέγεθος ανάλογο με την απόσταση που τα παρατηρείτε, αυτή η μαύρη τρύπα φαίνεται να μεγαλώνει πολύ πιο γρήγορα από ό,τι αναμένατε.

Την ώρα που ο ορίζοντας γεγονότων θα πρέπει να έχει το μέγεθος του γεμάτου φεγγαριού στον ουρανό, στην πραγματικότητα είναι πάνω από το 4-πλάσιο αυτού! Ο λόγος, φυσικά, είναι ότι ο χωροχρόνος καμπυλώνει όλο και περισσότερο, καθώς πλησιάζετε προς την μαύρη τρύπα, και έτσι οι "τροχιές του φωτός" που μπορείτε να δείτε από τα αστέρια που σας περιβάλλουν, κάμπτουν καταστροφικά.

Αντίθετα, η φαινομενική περιοχή της μαύρης τρύπας φαίνεται να μεγαλώνει δραματικά. Στον χρόνο που είστε μερικές μόνο (ίσως 10) ακτίνες Schwarzschild μακριά από αυτήν, η μαύρη τρύπα έχει αυξηθεί σε τέτοιο φαινόμενο μέγεθος που καλύπτει σχεδόν όλη την πρόσοψη του διαστημοπλοίου σας.

Μόλις αρχίσετε να πλησιάζετε ολοένα και πιο κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, θα παρατηρήσετε ότι η μπροστινή θέα από το διαστημόπλοιο σας γίνεται εντελώς μαύρη, και ότι ακόμη και η πίσω κατεύθυνση, μακριά από τη μαύρη τρύπα, αρχίζει να καλύπτεται από το σκοτάδι. Το σύνολο του Σύμπαντος που είναι ορατό σε σας αρχίζει να κλείνει σε ένα συρρικνούμενο κύκλο πίσω σας.

Και πάλι, αυτό οφείλεται στον τρόπο που οι τροχιές του φωτός από διάφορα σημεία ταξιδεύουν σε αυτόν τον εξαιρετικά ‘λυγισμένο’ χωροχρόνο. Για όσους από εσάς (τους λάτρεις της φυσικής), οι οποίοι θέλουν μια ποιοτική αναλογία, αυτό αρχίζει να μοιάζει αρκετά με τις γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου όταν φέρνετε ένα σημειακό φορτίο κοντά σε μια αγώγιμη σφαίρα.

Σε αυτό το σημείο, δεν έχετε περάσει ακόμη τον ορίζοντα γεγονότος, κι έτσι μπορείτε ακόμα να βγείτε. Εάν έχετε αρκετή επιτάχυνση αντίθετη της κατεύθυνσης του ορίζοντα γεγονότων, θα μπορούσατε να ξεφύγετε από την βαρύτητα και να φτάσετε στο υπόλοιπο Σύμπαν, προς τον ασφαλή (ασυμπτωτικά) επίπεδο χωροχρόνο. Οι βαρυτικοί αισθητήρες μπορεί να σας πουν ότι υπάρχει μία καθορισμένη κατηφορική κλίση προς το κέντρο του σκοταδιού και μακριά από τις περιοχές όπου μπορείτε να δείτε ακόμα το φως των άστρων.

Αλλά αν συνεχίσετε την πτώση σας προς τον ορίζοντα γεγονότων, θα δείτε τελικά το φως των άστρων να συμπιέζεται προς μία μικρή τελεία πίσω σας, να αλλάζει το χρώμα σε μπλε λόγω της βαρυτικής μετατόπισης προς το μπλε. Την τελευταία στιγμή, πριν περάσετε τον ορίζοντα γεγονότων, αυτή η κηλίδα θα γίνει κόκκινη, λευκή, και μετά μπλε, καθώς η κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία  μετατοπίζεται στο ορατό μέρος του φάσματος στην τελευταία, τελική ματιά σας στο εξωτερικό Σύμπαν.

Και τότε … μαυρίλα. Τίποτα. Από το εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων, κανένα φως από το εξωτερικό Σύμπαν δεν χτυπά το διαστημόπλοιο σας. Μπορεί τώρα να σκεφτείτε την υπέροχη μηχανή του διαστημόπλοιου σας και πώς θα βγείτε από εκεί. Θυμάστε μάλιστα προς ποια κατεύθυνση ήταν η ανωμαλία και με αρκετή σιγουριά ότι υπάρχει μια κατηφορική βαρυτική  κλίση προς αυτή την κατεύθυνση.

Αλλά οι αισθητήρες σας λένε κάτι ακόμα πιο παράξενο: υπάρχει μια βαρυτική ‘κατηφορική’ κλίση προς μία ανωμαλία, σε όλες όμως τις κατευθύνσεις! Η κλίση φαίνεται ακόμη να κλίνει προς την ιδιομορφία ακριβώς πίσω σας, στην κατεύθυνση που ξέρατε ότι είναι αντίθετη με την ανωμαλία! Πώς είναι αυτό δυνατόν να συμβαίνει;

Επειδή είστε στο εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων, ακόμη και κάθε ακτίνα φωτός (την οποία ποτέ δεν μπορέσατε να συλλάβετε) που εσείς τώρα εκπέμπεται θα καταλήξει να πέφτει προς την ανωμαλία. Είστε πάρα πολύ βαθιά στο λαιμό της μαύρης τρύπας! 

Το χειρότερο είναι ότι οποιαδήποτε επιτάχυνση κάνετε θα σας φέρει πιο κοντά στην ανωμαλία με ολοένα ταχύτερο ρυθμό. Ο τρόπος για να μεγιστοποιήσετε τον χρόνο επιβίωσής σας σε αυτό το σημείο δεν είναι να προσπαθήσετε να ξεφύγετε! Η ιδιομορφία υπάρχει σε όλες τις κατευθύνσεις, και όπου κι αν κοιτάξετε, τα πάντα οδηγούν προς την μαύρη τρύπα.

Όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, η Γενική Σχετικότητα είναι μια σκληρή ερωμένη, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για μαύρες τρύπες.

Γράφτηκε από τον Ethan Siegel (scienceblogs.com/startswithabang)

Πηγή:http://physics4u.wordpress.com