Το παρόν αποτελεί μετάφραση ενός άρθρου του Paul Sutter.
Ο Paul M. Sutter είναι ερευνητής καθηγητής αστροφυσικής στο SUNY Stony Brook University και στο Flatiron Institute στη Νέα Υόρκη. Εμφανίζεται τακτικά στην τηλεόραση και σε podcast, συμπεριλαμβανομένου του “Ask a Spaceman”. Είναι συγγραφέας δύο βιβλίων: “Your Place in the Universe” και “How to Die in Space”.
Στην επιστημονική φαντασία, οι εξερευνητές του διαστήματος περνούν διαρκώς μέσα από σκουληκότρυπες του χωροχρόνου, που είναι συνδεδεμενες με δύο μελανές οπές· ουράνια αντικείμενα, τα οποία είναι τόσο πυκνά ώστε να μην μπορεί να ξεφύγει από αυτά. Ούτε το φως.
Όμως, αποτελούν πράγματι, οι μελανές οπές, εισόδους σε σκουληκότρυπες; Και, αν υπάρχουν αυτές οι σκουληκότρυπες, θα έμοιαζαν με αυτές που μας δείχνουν στο «Star Trek»;
Η σύντομη απάντηση είναι “μάλλον όχι”, αν και τα μαθηματικά του σύμπαντος δεν το αποκλείουν εντελώς.
Το μόνο πράγμα που βρίσκεται στο κέντρο μιας μελανής οπής είναι μια μοναδικότητα· ένα σημείο άπειρης πυκνότητας.
Θεωρητικά, ωστόσο, μια μελανή οπή μπορεί να συνδεθεί με έναν κατοπτρικό δίδυμό της, που ονομάζεται λευκή οπή, για να σχηματίσουν μια σκουληκότρυπα. Ακόμα κι έτσι, αυτές οι θεωρητικές σκουληκότρυπες δεν θα έμοιαζαν σε τίποτα με αυτές που απεικονίζονται στην επιστημονική φαντασία· οι προβλεπόμενες σκουληκότρυπες εμφανίζουν απίστευτη αστάθεια, κάτι που σημαίνει πως θα κατέρρεαν τη στιγμή που ακόμα και ένα μόνο σωματίδιο ύλης θα εισέρχετο σε αυτές.
Μερικοί φυσικοί προβλέπουν πως μια σκουληκότρυπα θα μπορούσε να γίνει πιο σταθερή εάν σχηματιζόταν από μια περιστρεφόμενη μελανή οπή, όμως η κατανόησή μας για το τι συμβαίνει σε αυτό το σενάριο είναι στην καλύτερη περίπτωση θολή.
Γέφυρες Einstein-Rosen
Οι επιστήμονες, δεν ανακάλυψαν για πρώτη φορά τις μελανές οπές μέσω παρατηρήσεων στο σύμπαν, αλλά μέσω των μαθηματικών της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Οι εξισώσεις της θεωρίας μας έδειξαν ότι αν συμπιέσουμε αρκετή ύλη σε έναν αρκετά μικρό όγκο, τότε η βαρύτητα υπερισχύει έναντι κάθε άλλης δύναμης, και συρρικνώνει την ύλη σε ένα απείρως μικροσκοπικό σημείο, γνωστό ως μοναδικότητα.
Οι μελανές οπές αφορούν ταξίδια με εισιτήριο μιας διαδρομής. Μόλις περάσει κάποιος τα όριά τους -γνωστά ως ορίζοντες γεγονότων- δεν θα μπορέσει ποτέ να ξεφύγει. Και παρά το ότι αρχικά οι μελανές οπές θεωρήθηκαν απλώς μία παραπλάνηση από τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, οι αστρονομικές παρατηρήσεις τελικά αποκάλυψαν ότι οι μελανές οπές όντως υπάρχουν στο σύμπαν.
Όμως τα ίδια μαθηματικά επιτρέπουν επίσης την ύπαρξη του ακριβούς αντίστροφου μιας μελανή οπής: μια λευκή οπή. Μια λευκή οπή εξακολουθεί να διαθέτει μια μοναδικότητα στο κέντρο της και έναν ορίζοντα γεγονότων να την περιβάλλει. Αντίθετα, όμως, από το να πέφτει κάποιος μέσα σε αυτήν και στην συνέχεια να είναι αδύνατο να ξεφύγει, ένα άτομο δεν θα μπορούσε ποτέ να φτάσει στον ορίζοντα γεγονότων από έξω, επειδή η λευκή οπή πετάει συνεχώς τα περιεχόμενά της προς τα έξω, πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός.
Η σύνδεση των μοναδικοτήτων μιας μελανής οπής και μιας λευκής οπής σχηματίζει το απλούστερο είδος σκουληκότρυπας, γνωστής επίσης ως γέφυρα Einstein-Rosen.
Όχι και πολύ χρήσιμες
Δυστυχώς, οι γέφυρες Einstein-Rosen δεν είναι πολύ χρήσιμες για να διασχίζουμε το σύμπαν. Ξεκινώντας από το γεγονός ότι η είσοδος της σκουληκότρυπας βρίσκεται πίσω από τον ορίζοντα γεγονότων. Για να μπορέσει ένα ατόμο να εισέλθει, θα έπρεπε να πέσει μέσα σε μία μελανή οπή, καθώς είναι αδύνατο να το κάνει από την πλευρά της λευκής οπής. Όμως, από την στιγμή που θα διασχίσει, κάποιος, έναν ορίζοντα γεγονότων, δεν θα μπορέσει ποτέ να ξεφύγει. Αυτό σημαίνει ότι αν μπείτε στη σκουληκότρυπα, θα κολλήσετε αιώνια μέσα σε αυτήν.
Το άλλο πρόβλημα, όσον αφορά στις γέφυρες Einstein-Rosen, είναι η σταθερότητά τους. Όπως λέει ο Samir Mathur, φυσικός στο The Ohio State University: «Αυτή η γέφυρα αποτελεί ένα είδος σκουληκότρυπας, αλλά είναι παροδική: εξαφανίζεται πριν μπορέσει να τη χρησιμοποιήσει, οποιοδήποτε αντικείμενο, για να περάσει από τη μια πλευρά στην άλλη. Άρα, από αυτή την άποψη δεν έχουμε πραγματικά μία σκουληκότρυπα, αφού δεν μπορούμε να τη διασχίσουμε.»
Αυτή η αστάθεια υφίσταται επειδή η δημιουργία μιας σκουληκότρυπας απαιτεί μια πολύ ακριβή και προσεκτική διάταξη της ύλης. Οτιδήποτε θα διατάρασσε αυτή τη λεπτή ισορροπία -ακόμα και ένα μόνο φωτόνιο- θα πυροδοτούσε την αμεση κατάρρευση της σκουληκότρυπας. Η σκουληκότρυπα θα σχιζόταν σαν ένα υπερβολικά τεντωμένο λάστιχο, πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός, εμποδίζοντας οτιδήποτε να ταξιδέψει.
Επιπλέον, οι φυσικοί, σε μεγάλο βαθμό, θεωρούν ότι οι λευκές οπές δεν υπάρχουν στο σύμπαν μας. Σε αντίθεση με τα αδέρφια τους, οι λευκές οπές είναι απίστευτα ασταθείς. Σύμφωνα με τα μαθηματικά, μόλις πέσει έστω και ένα κομμάτι ύλης προς το μέρος τους, αυτές αμέσως εκρήγνυνται. Έτσι, ακόμα κι αν αυτές σχηματίζονταν φυσικά, δεν θα διαρκούσαν για πολύ.
Ο συνδυασμός της αβεβαιότητας για την ύπαρξη λευκών οπών, της αστάθειας των γεφυρών Einstein-Rosen και της σχετικής μη χρησιμότητας τους, σημαίνει ότι αν υπάρχουν σκουληκότρυπες, αυτές πιθανότατα δεν είναι γέφυρες Einstein-Rosen.
Μια περιστρεφόμενη μοναδικότητα
Μπορεί να υπάρχει ένας τρόπος να “χτίσουμε” μια σκουληκότρυπα από ένα πιο περίπλοκο είδος μελανής οπής: να λάβουμε υπόψη την περιστροφή τους. Όλες οι μελανές οπές περιστρέφονται, αλλά ο Νεοζηλανδός μαθηματικός Roy Kerr ήταν ο πρώτος που έλυσε τα μαθηματικά για τις περιστρεφόμενες μελανές οπές.
Μέσα στο κέντρο μιας περιστρεφόμενης μελανής οπής, οι ακραίες φυγόκεντρες δυνάμεις εκτείνουν τη σημειακή ιδιομορφία σε έναν δακτύλιο. Αυτός ο “δακτύλιος μοναδικότητας” είναι πιθανό να μπορεί να αποτελέσει την είσοδο σε μια σκουληκότρυπα, αλλά για άλλη μια φορά εμφανίζεται το πρόβλημα της σταθερότητας.
«Η μοναδικότητα μιας οπής Kerr περιβάλλεται από έναν “εσωτερικό ορίζοντα”, ο οποίος με τη σειρά του περιβάλλεται από τον “εξωτερικό ορίζοντα”. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι ο εσωτερικός ορίζοντας δεν αφορά μία έννοια που εμφανίζει σταθερότητα και πως ακόμα και μικρές ποσότητες εισερχόμενης ύλης είναι σε θέση να αλλάξουν εντελώς την περιοχή μέσα σε αυτόν τον ορίζοντα, και έτσι να τροποποιήσουν, επίσης, τη μοναδικότητα», λέει ο Mathur. «Το τελικό αποτέλεσμα αυτής της αστάθειας δεν είναι ξεκάθαρο». Το πρόβλημα είναι πως αν πέσει ύλη προς τον δακτύλιο μοναδικότητας, τότε αυτή θα συναντήσει δύο ανταγωνιστικά φαινόμενα: την τεράστια βαρυτική έλξη της ίδιας της μοναδικότητας και την ακραία φυγόκεντρη δύναμη της περιστροφής στο κέντρο της μελανής οπής, η οποία δρα προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Όπως μπορείτε να φανταστείτε, αυτή δεν είναι μια πολύ άνετη κατάσταση, και τα πράγματα είναι πιθανό να ξεφύγουν πολύ γρήγορα. Η κατάσταση είναι τόσο ασταθής που μπορεί ακόμη και να αποτρέψει τελείως τον σχηματισμό της μοναδικότητας. Σε αυτή την περίπτωση, πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι η έννοια του “δακτυλίου μοναδικότητας” από μια περιστρεφόμενη μελανή οπή θα αντικατασταθεί από μια πιο συγκεκριμένη ιδέα μόλις κατανοήσουμε καλύτερα αυτά τα αντικείμενα.
Πηγή: https://www.livescience.com/
