Găurile negre sunt obiecte cu adevărat fascinante, atât pentru fizicieni şi astronomi, cât şi pentru public. În ciuda aparentei simplităţi, găurile negre ascund multe mistere şi poate chiar şi cheia gravităţii cuantice, teoria la care visează mulţi fizicieni.
Dacă vrem să dăm frâu liber imaginaţiei, găurile negre ar putea reprezenta chiar porţi spre alte lumi, devenind, inversând timpul, găuri albe. Găurile negre sunt şi laboratoare ale minţii – în care se exercită cele mai avansate cunoştinţe din domeniile fizicii particulelor elementare, teoriei gravitaţiei, mecanicii cuantice, teoriei informaţiei. Am putea găsi chiar şi răspunsuri la întrebări profunde legate de natura timpului.
Vom ilustra pe scurt în acest articol câteva idei referitoare la găurile negre, fără a avea pretenţia de a face o prezentare completă.
Găurile negre – scurtă istorie
La 14 noiembrie 2010, NASA a anunţat posibila descoperire, cu ajutorul telescopului spaţial CHANDRA X-ray Observatory, a celei mai tinere găuri negre din vecinătatea "cosmică" a Pământului (ar putea fi însă vorba şi de o stea neutronică), care este situată la circa 50 milioane de ani-lumină faţă de noi.
În anunţul pe care NASA l-a făcut înainte de conferinţa de presă, se vorbea despre o descoperire extraordinară (extraordinary discovery), şi, chiar dacă mai există ceva dubii asupra naturii obiectului descoperit de NASA, această observaţie este într-adevăr o descoperire interesantă.
Ce este însă o gaură neagră? Aşa cum îi spune numele, o gaură neagră este un obiect în care gravitaţia este atât de intensă încât nici chiar lumina nu poate să scape atracţiei gravitaţionale, obiectul devenind...negru.
Ideea că ar putea exista obiecte atât de masive şi dense încât viteza de fugă (viteza care trebuie imprimată unui corp astfel încât să poată scăpa din câmpul gravitaţional fără acceleraţie ulterioară) să fie mai mare decât viteza luminii nu este însă aşa de recentă. Primii care au vorbit despre o astfel de eventualitate au fost John Mitchell, în 1783, şi Pierre-Simon Laplace, în 1796. Acest tip de obiecte au fost însă ignorate de comunitatea ştiinţifică, deoarece nu era clar cum şi dacă lumina ar fi putut fi afectată de forţa gravitaţională.
Teoria relativităţii generale a lui Einstein a pus însă bazele unui nou mod de a vedea spaţiul şi timpul: spaţiul şi timpul (de fapt o unică entitate: spaţiu-timp) se curbează în funcţie de materia (energia) existentă. O gaură neagră este o regiune spaţio-temporală care s-a deformat atât de mult încât nici măcar lumina nu mai poate ieşi din acea regiune.
În 1967, John A. Wheeler a folosit numele de „găuri negre” pentru aceste obiecte stranii. Nume care de atunci a devenit celebru, chiar dacă nu Wheeler este cel care l-a inventat, Anne Ewing fiind cea care l-a introdus, în 1964, într-o scrisoare către American Association for the Advancement of Science.
Orizontul evenimentelor
În cazul unei găuri negre există o graniţă clară, numită orizontul evenimentelor (event horizon), între regiunea din exterior, în care se mai poate fugi de gaura neagră şi zona din interior, în care nu mai sunt speranţe de a ieşi din gaura neagră, deoarece ar fi nevoie de o viteză mai mare decât cea a luminii.
Orizontul evenimentelor este, dacă vrem, un fel de graniţă în sens unic: obiecte din afara găurii negre pot „cădea” în gaura neagră, însă orice se petrece în gaura neagră rămâne un mister – nici un semnal nu poate ieşi din gaura neagră.
Ca o curiozitate, menţionăm că, întrucât spaţiul şi timpul se deformează în apropierea unei găuri negre, observând (din afară) un obiect ce cade în interiorul găurii, timpul (faţă de observatorul extern) încetineşte pe măsura ce obiectul se apropie de orizontul evenimentelor până ce ar ajunge sa fie practic „îngheţat” când se ajunge acolo; ar părea că obiectul nu se mai mişcă, ci rămâne încremenit.
Efectele unei găuri negre supermasive. Imagine creată de observatorul Chandra al NASA.
Clic pe imagine pentru vizualizare la dimensiune maximă.
Dincolo de orizont – o călătorie fără întoarcere
Dacă un cosmonaut temerar ar traversa orizontul evenimentelor unei găuri negre (de remarcat faptul că o gaură neagră nu este neapărat un obiect extrem de dens – depinde de masa acesteia) ar putea să nici nu îşi dea seama când trece dincolo de orizont. Nu există o barieră clară sau vreun indicator „Atenţie, aţi depăşit orizontul!” Doar că odată intrat în gaura neagră nu ar mai avea scăpare, rămâne prizonier în interiorul acesteia şi, mai devreme sau mai târziu, ajunge, fără scăpare, spre singularitatea din interior în care curbarea este, aşa cum au demonstrat Roger Penrose şi Stephen Hawking, infinită.
De remarcat că la ora actuală nu există o teorie cuantică a gravităţii, care ar putea să schimbe oarecum lucrurile. Dacă temerarul nostru cosmonaut ar şti cât de masivă este gaura neagră ar putea chiar calcula cât timp durează până să ajungă la singularitate; în cazul unei găuri negre cu masa Soarelui ar dura circa 0.000001 secunde!
Găurile negre – mult mai mult decât nişte ciudăţenii
Găurile negre, prezentate pe scurt în acest articol, ascund multe mistere care aşteaptă încă să fie rezolvate. Găurile negre s-ar putea transforma în găuri albe, generând noi Universuri? Pe de altă parte, găurile negre nu sunt, de fapt, chiar aşa negre....s-ar putea spune că sunt oarecum gri - datorită radiaţiei lui Hawking. Găurile negre au şi o entropie – care, ciudat, nu depinde de volum, ci de suprafaţă.
Există alte mistere legate de găurile negre: ce se întâmplă cu informaţia? Dispare? În 1997, Hawking şi Kip Thorne au pus chiar un pariu legat de pierderea informaţiei într-o gaură neagră, împotriva lui John Preskill. În 2004, Hawking a admis că a pierdut pariul (nu însă şi Thorne). Ce l-a făcut pe Hawking să accepte să onoreze pariul, unul ciudat, după cum vom vedea? Vom vorbi despre toate acestea în articolele următoare.
Găurile negre: de la firul de păr greu cât Luna la stăpâna galaxiei
Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro. Autoarea mulţumeşte pentru colaborare dnei Diana Sirghi.
