Μαύρες και λευκές τρύπες, αυτές οι παράξενες οντότητες

Υπάρχει η αντίληψη ότι μερικές φορές η πραγματικότητα ξεπερνά κάθε φαντασία και για τις μαύρες τρύπες αυτό ισχύει σίγουρα. Πόσο μάλλον για τις…λευκές.
Όταν κοιτάξουμε βαθιά στα μαθηματικά της Γενικής Σχετικότητας του Einstein θα βρούμε ένα αντικείμενο που φαντάζει ακόμα πιο παράξενο από τη μαύρη τρύπα. Πρόκειται στην πραγματικότητα για την «κατοπτρική δίδυμο» της μαύρης τρύπας, το αντίθετο της μαύρης τρύπας, τη λευκή τρύπα!!
Ας δούμε όμως πρώτα τι είναι οι μαύρες τρύπες και πώς δημιουργούνται.
Οι μαύρες τρύπες είναι περιοχές του χωροχρόνου από τις οποίες τίποτα δεν μπορεί να διαφύγει, ούτε ύλη ούτε φως.
Οφείλονται γενικά στην βαρυτική κατάρρευση ενός αστέρα.
Πιο αναλυτικά, γνωρίζουμε ότι η βαρυτική δύναμη μπορεί μεν να είναι η πιο ασθενής από όλες τις άλλες δυνάμεις της φύσης, αλλά είναι πάντα ελκτική. Άρα, η βαρυτική δύναμη έχει την τάση να προκαλεί σύνθλιψη ενός αστέρα που όμως, κατά τη διάρκεια της ζωής του, αντισταθμίζεται από τη θερμική πίεση που επικρατεί στο εσωτερικό του λόγω των πυρηνικών αντιδράσεων (όπως η αντίδραση μετατροπής του στοιχείου υδρογόνου σε ήλιον).
Έτσι, για δισεκατομμύρια χρόνια ο αστέρας μπορεί καταναλώνει ‘ανενόχλητος’ τα πυρηνικά του καύσιμα, χωρίς να εμποδίζεται από τη βαρύτητα. Έρχεται όμως κάποια στιγμή που τα καύσιμα αυτά εξαντλούνται, οπότε αν ο αστέρας έχει μάζα μεγαλύτερη από περίπου 2.5 ηλιακές μάζες, η βαρύτητα αρχίζει να κάνει… πολύ αισθητή την παρουσία της και ο αστέρας συστέλλεται μέχρι να καταλήξει σε ένα μοναδικό σημείο άπειρης πυκνότητας που λέγεται «ιδιομορφία» (singularity). Λέμε τότε ότι δημιουργήθηκε μια μαύρη τρύπα.
Εκεί, οι εξισώσεις του Einstein παύουν να ισχύουν.
Για πολλές δεκαετίες οι μαύρες τρύπες που ουσιαστικά αναδύθηκαν από τη Γενική Θεωρία Σχετικότητας του Einstein, ερέθιζαν τη φαντασία των επιστημόνων.
Από τις μαύρες τρύπες στις λευκές…
Και ενώ έχουν παρατηρηθεί μαύρες τρύπες στο διάστημα, τα μαθηματικά που περιγράφουν τις μαύρες τρύπες περιγράφουν οντότητες ακόμα πιο παράξενες από αυτές, όπως είναι οι λευκές τρύπες!!
Πράγματι, τα μαθηματικά της Γενικής θεωρίας της Σχετικότητας μας λένε ότι μπορεί να υπάρχει μια υποθετική περιοχή του χωροχρόνου από την οποία η ύλη και το φως είναι δυνατόν να διαφύγουν, αλλά δεν είναι δυνατόν να εισχωρήσει τίποτα από το εξωτερικό περιβάλλον σε αυτήν. Οι περιοχές αυτές ονομάστηκαν λευκές τρύπες.
Ίσως είναι ένα πλάσμα μαθηματικής φαντασίας, αφού η ύπαρξή του δεν έχει ακόμα επιβεβαιωθεί, αλλά τόσο πολύ ελκυστικό που μας κάνει να σκεφτούμε προσπαθώντας να εξηγήσουμε ακόμα και την προέλευση του σύμπαντός μας…
Ορίζοντας γεγονότων
1
Στις μαύρες τρύπες υπάρχει ένα σύνορο που λέγεται “ορίζοντας γεγονότων” (event horizon) πέρα από το οποίο οτιδήποτε κι αν βρεθεί δεν θα μπορέσει ποτέ να διαφύγει και θα μείνει για πάντα «φυλακισμένο» μέσα στη μαύρη τρύπα.
2
Ομοίως, ο ορίζοντας γεγονότων της λευκής τρύπας είναι το σύνορο πέρα από το οποίο οτιδήποτε βρεθεί, θα εκτοξευτεί προς τα έξω και τίποτα από ό,τι βρίσκεται έξω από αυτό δεν μπορεί να εισέλθει στη λευκή τρύπα.
Τι αντιλαμβάνεται ένας εξωτερικός παρατηρητής;
Από τη μεριά του εξωτερικού παρατηρητή, ο χρόνος μέσα σε μια μαύρη τρύπα δεν είναι μέρος από το παρελθόν ή το μέλλον του έξω σύμπαντος. Όταν βλέπει κάτι να πέφτει σε μια μαύρη τρύπα , αντιλαμβάνεται ότι αυτό συμβαίνει σε άπειρο χρόνο στο μέλλον. Η «μοναδικότητα» της μαύρης τρύπας σχετίζεται με έναν αναπόφευκτο μελλοντικό χρόνο.
Πώς φαίνεται όμως το παρελθόν μιας, ας υποθέσουμε, ‘αιώνιας’ μαύρης τρύπας, η οποία υπάρχει και στο παρελθόν, πριν άπειρο χρόνο, σύμφωνα με τα μαθηματικά και συγκεκριμένα σύμφωνα με τη μετρική Schwarzschild και το διάγραμμα Penrose;
Βλέπουμε πάλι τη ‘μοναδικότητα’ να υπάρχει πριν άπειρο χρόνο στο παρελθόν!! Δηλαδή η μαύρη τρύπα που υπάρχει στο άπειρο μέλλον έχει ένα ‘κατοπτρικό χρονικό είδωλο’ στο άπειρο παρελθόν.
Οτιδήποτε υπάρχει μέσα σε αυτήν την περιοχή του παρελθόντος εκτοξεύεται προς τα έξω, επομένως περιγράφεται πολύ σωστά σαν «άσπρη τρύπα». Έτσι λοιπόν μπορούμε να θεωρήσουμε ότι μια μαύρη τρύπα στο παρελθόν της φαίνεται σαν λευκή τρύπα.
Αυτό όμως είναι κάτι που δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε, αφού μιλάμε για το άπειρο παρελθόν και το φως για να φτάσει σε μας χρειάζεται άπειρο χρόνο. Επίσης ‘αιώνιες’ μαύρες τρύπες δεν υπάρχουν.
Οι λευκές τρύπες επομένως δεν μπορούν να παρατηρηθούν, σύμφωνα όμως με τη Γενική Σχετικότητα ό,τι μπορεί να συμβεί στο μέλλον μπορεί να συμβεί και αντίστροφα, πίσω στο παρελθόν, υπάρχει δηλαδή μια συμμετρία ως προς την αντιστροφή του χρόνου. Η λευκή τρύπα είναι μια μαύρη τρύπα όταν την παρατηρήσουμε πίσω στο χρόνο.
Άρα θεωρητικά μπορούν να υπάρξουν λευκές τρύπες;
Η απάντηση είναι «ναι» αλλά αυτό προϋποθέτει μείωση της εντροπίας (αταξίας), χωρίς όμως αυτό να είναι αντίθετο με τον 2ο θερμοδυναμικό νόμο. Κάτι τέτοιο μπορεί να γίνει τοπικά και η συνολική εντροπία να συνεχίζει να αυξάνεται. Με άλλα λόγια είναι δυνατόν, αν και πολύ σπάνιο, να συμβεί ελάττωση της εντροπίας και να σχηματιστεί μια λευκή τρύπα. Θα συνέβαινε τότε μια έκρηξη ενέργειας.
Εικασίες για την προέλευση του Σύμπαντος
Υπάρχει η εικασία ότι το σύμπαν προήλθε από μια (πολύ απίθανη) ελάττωση της εντροπίας. Υπό αυτό το πρίσμα το Big Bang μοιάζει να έχει προέλθει από μια λευκή τρύπα!!.. Η μεγάλη διαφορά όμως είναι ότι το Big Bang δεν σχετίζεται με καμία ‘ιδιομορφία’. Συνέβη παντού, στον ίδιο χρόνο.
Παρ’ όλα αυτά, σε πολλούς φυσικούς αρέσει η ιδέα αυτή και προτείνεται επίσης ότι μια λευκή τρύπα υπάρχει από την «άλλη μεριά» κάθε μαύρης τρύπας. Κάποιοι υποστηρίζουν ότι το αποτέλεσμα μιας λευκής τρύπας είναι η δημιουργία ενός νέου σύμπαντος-μωρού.
Ας θυμηθούμε: την άσπρη τρύπα την ανακαλύψαμε σαν μαθηματική οντότητα ψάχνοντας το παρελθόν μιας μαύρης τρύπας.
3
Υπάρχει και κάτι άλλο: Τα μαθηματικά της μετρικής Schwarzschild περιγράφουν επίσης μια χωροχρονική περιοχή ανεξάρτητη από τη δική μας, παράλληλα με τη δική μας, που μοιάζει σαν ένα σύμπαν πανομοιότυπο με το δικό μας, προσβάσιμο μέσω μιας γέφυρας Einstein-Rosen, ή αλλιώς σκουληκότρυπας.
Τα μαθηματικά βέβαια μπορεί να μας παρουσιάζουν τέτοιες περιοχές, αλλά δεν είμαστε σίγουροι ότι αυτές υπάρχουν πράγματι στη Φύση. Ποιος ξέρει, ίσως μελλοντικά εξερευνήσουμε και αυτό το άγνωστο για την ώρα παράλληλο κομμάτι του χωροχρόνου!!..
Μαύρη τρύπα – Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
Λευκή τρύπα – Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
https://youtu.be/S4aqGI1mSqo
Αλλαγή μεγέθους γραμματοσειράς
Αντίθεση
Μετάβαση σε γραμμή εργαλείων