tajemnice kosmosu



czarne i białe



O kosmosie i rządzących w nim prawach wiemy już naprawdę dużo, choć jednocześnie w dalszym ciągu niewystarczająco.
Tak się dziwnie składa, że często motywy czy elementy powieści SF wyprzedzają o krok lub dwa naukę. Przynajmniej w tej dziedzinie. Kiedyś loty na Księżyc, czy podróże międzyplanetarne były jedynie wykwitem sprawnej wyobraźni, dziś jednak stały się nie tylko faktem, lecz w pełni przyswojonym produktem nauki.
Czy zatem podróżowanie w czasie i przestrzeni okaże się w przyszłości równie oczywiste? Cóż...

Ku podróży w czasie niejako pierwszy krok został już zrobiony. Dowiodło tego eksperymentalnie użycie LHC. Oczywiście w skali i wielkości niezauważalnej dla nas nawet "pod mikroskopem" - ale jednak, a jak to mówią "nie od razu Kraków zbudowano".
A co z podróżowaniem w przestrzeni, typu: teleportacja pozioma lub w inne wymiary czy wszechświaty? Istnieją teorie dotyczące takich właśnie możliwości, czyli np. tunele czasoprzestrzenne. Na czym się opierają? Bo przecież wiadomo, że w przyrodzie podstawową cechą jest równowaga.

Otóż jedna z teorii opiera się na czarnych dziurach. Taki kosmiczny potwór to nic innego jak obiekt, którego siła ciążenia jest tak wielka, iż nie jest w stanie jej pokonać kompletnie nic, nawet światło.
Takie kosmiczne pożeracze materii również stanowiły kiedyś element literatury SF, jednak już pod koniec XVIII w. ich istnienie rozważali niezależnie od siebie John Michell i Pierre Simon de Laplace.
Swoje rozważania opierali na teorii Newtona, dochodząc do wniosku, iż w przypadku istnienia obiektu o odpowiedniej gęstości (max. masy przy min. objętości) prędkość ucieczki z niego byłaby większa od prędkości światła.
Dziś w stosunku do silnych pól grawitacyjnych używamy OTW Einsteina, lecz w zasadzie sama istota czarnej dziury nie zmienia się.
Pierwsze dowody (obserwacje) na istnienie takich obiektów pojawiły się w latach 60 ubiegłego wieku.

Czarne dziury powstają w wyniku "umierania" gwiazd o początkowej masie będącej co najmniej dwudziestokrotnością masy Słońca. W wyniku tego procesu, po wypaleniu się paliwa jądrowego, powstaniu żelaznego jądra i zakończeniu produkcji energii powstaje supernowa - zewnętrzne warstwy zostają odrzucone, a wnętrze gwiazdy zapada się w sobie - rodzi się potwór.

Czarne dziury prócz dążącej do nieskończoności grawitacji charakteryzuje również horyzont zdarzeń - jest to pewna niefizyczna granica pomiędzy światem zewnętrznym a obszarem, z którego nie jest w stanie wydostać się już ani żadna materia, ani nawet światło.
Sama teoria czarnej dziury powstała na bazie obliczeń, również i jej struktura. Z analizy matematycznej wynika, iż w samym jej środku znajduje się osobliwość, czyli punkt w czasoprzestrzeni, w którym przyciąganie grawitacyjne jest nieskończenie silne.

Oczywiście wszelkie te dane są czysto matematyczno-teoretyczne, bo przecież nie jesteśmy w stanie w żaden sposób zajrzeć do środka czarnej dziury - po przekroczeniu horyzontu zdarzeń nie ma powrotu.

Istnieją (teoretycznie) różne rodzaje czarnych dziur (np. rotujące, nierotujące itd.)
Już czarna dziura Schwarzschilda, będąca najprostszym modelem czarnej dziury (sferyczna i nierotująca) uzmysławia nam nasze "braki" - w pobliiżu jej osobliwości traci bowiem sens nasze pojmowanie czasu i przestrzeni.
Czarne dziury rotujące posiadają ergosferę - obszar na zewnątrz, w którym rotacja czarnej dziury "ciągnie" za sobą czasoprzestrzeń. Jak to działa?
Zarówno czas jak i przestrzeń są zachwiane i rządzą się własnymi prawami, w efekcie czego nieruchoma cząstka w ergosferze dla zewnętrznego obserwatora poruszałaby się, światło mogłoby mieć prędkość większą od rzeczywistej prędkości światła.

W naszej galaktyce największa, przebijająca wszystkie inne czarne dziury jest Sagittarius A* w gwiazdozbiorze Strzelca. Badania ostatnich lat wykazały, iż w obszarze Sgr A* o średnicy 20 mln. km (ok. 25 Słońc) skoncentrowana jest masa do 4 mln. mas Słońca - jest to supermasywna czarna dziura.
Rekordzistki osiągają miliardy mas Słońca. Rotując ściągają one materię z otoczenia, która za sprawą momentu pędu tworzy dysk akreacyjny, w którym materia nagrzewa się i intensywnie promieniuje w całym zakresie widma elektromagnetycznego.
Czasami w galaktykach aktywnych lub układach podwójnych powstają dżety - strumienie plazmy, wyrzucane z ogromną prędkością wzdłuż osi rotacji czarnej dziury.

Całego tematu czarnych dziur oczywiście nie wyczerpiemy - ale w końcu nie o to chodzi.
Jak już powiedziano - w przyrodzie musi być zachowana równowaga, a przeciwieństwem czarnych dziur są białe dziury. Ale czy takie twory faktycznie istnieją? Teoretycznie równanie OTW Einsteina dopuszcza istnienie białych dziur, chociaż dotychczas ich fizycznego istnienia nie stwierdzono. Jest to więc obiekt czysto matematyczny - ale przypomnijmy, że jeszcze stosunkowo niedawno takimi były czarne dziury.

Czym więc oba rodzaje dziur różnią się od siebie?
Tak jak czarna dziura "pożera" otoczenie, tak biała dziura "wypluwa" materię.
Jednak w przypadku niektórych modeli białych dziur pojawia się pewien problem - w przypadku ciągłej jej aktywności, po pewnym czasie wokół niej powinna się pojawić olbrzymia masa oddziałująca grawitacyjnie. Stąd wniosek, iż najprawdopodobniej białe dziury są wyjątkowo niestabilne, kończąc "życie" w czarnej dziurze.

Czy jednak biała dziura mogła być początkiem naszego wszechświata? Mogłoby to tłumaczyć gwałtowną kosmiczną inflację (rozszerzanie się młodego wszechświata).
Istnieją teorie (jak dotychczas niesprawdzalne), iż w czasie powstawania czarnych dziur, w ich wnętrzu rodzą się białe dziury - następuje wielki wybuch i powstaje nowy wszechświat. W tym momencie wewnętrzne połączenie czarnej dziury z białą tworzy swoisty tunel czasoprzestrzenny, łączący dwa wszechświaty. Inną wersją takiego tunelu jest przypadek połączenia dwóch punktów zakrzywionej czasoprzestrzeni jednego Wszechświata, który działałby jak skrót. Tunele takie byłyby też sposobem na podróżowanie w czasie.

Hipoteza tuneli czasoprzestrzennych jest wnioskowana na gruncie OTW. Nad ich istnieniem zastanawiali się już Albert Einstein i Nathan Rosen - stąd też nazwa "most Einsteina-Rosena".
John Wheeler, amerykański fizyk wykazał, iż tunele czasoprzestrzenne są niestabilne i w 1957 r. zaproponował nazwę "wormhole", która ogólnie się przyjęła.
W późniejszym okresie, m.in. dzięki rozważaniom Kipa Thorne'a i poszukiwaniu alternatywnych rodzajów tuneli czasoprzestrzennych okazało się, iż do ich ustabilizowania potrzebna jest materia o właściwościach antygrawitacyjnych. Rozważano również powstawane tuneli przestrzennych w skali kwantowej.

Czy zatem tunele czasoprzestrzenne naprawdę istnieją, czy pozostaną tylko w analizach matematycznych i na kartach literatury SF? I równie ważne pytanie - czy podróż takimi tunelami będzie choćby teoretycznie możliwa, biorąc pod uwagę, iż zgodnie z dzisiejszym stanem wiedzy, ciało w momencie zbliżenia się do czarnej dziury, nim przekroczy horyzont zdarzeń zostaje rozerwane grawitacyjnie na molekuły?









góra  strony...





Dorota Kuryło