Deși astăzi găurile negre sunt o parte fundamentală a astrofizicii moderne, Albert Einstein nu a crezut că acestea ar putea exista în realitate.
Deși ecuațiile sale din 1915 permit în mod matematic formarea unei „singularități” – un punct în care densitatea devine infinită și legile fizicii cunoscute nu se mai aplică – Einstein a susținut constant că astfel de situații nu pot apărea în mod fizic, în universul real.
„Singularitățile nu există în realitate”
Într-un articol publicat în 1939 în Annals of Mathematics, Einstein afirmă fără echivoc că singularitățile de tip Schwarzschild, adică ceea ce numim azi găuri negre, „nu există în realitatea”:
„The essential result of this investigation is a clear understanding as to why the Schwarzschild singularities do not exist in physical reality. … The ‘Schwarzschild singularity’ does not appear for the reason that matter cannot be concentrated arbitrarily.”
— A. Einstein, On a Stationary System With Spherical Symmetry Consisting of Many Gravitating Masses, Annals of Mathematics 40 (2): 922-936, 1939
În traducere: „Rezultatul esențial al acestei investigații este o înțelegere clară a motivului pentru care singularitățile Schwarzschild nu există în realitatea fizică. … „Singularitatea Schwarzschild” nu apare deoarece materia nu poate fi concentrată în mod arbitrar”.
Einstein, spunând că „materia nu poate fi concentrată în mod arbitrar”, se referea la faptul că legile fizicii ar impune o limită asupra gradului în care materia poate fi comprimată. Mai exact, Einstein credea că ideea de a comprima materia într-un punct infinit de mic era fizic imposibilă. Ceea ce, trebuie recunoscut, că trebuie recunoscut de orice se gândește serios la asta :)
Singularitatea anulează legile unei teorii fizice
Într-o lucrare anterioară, din 1935, publicată împreună cu Nathan Rosen în Physical Review, Einstein afirma că introducerea singularităților în teoria câmpurilor anulează însăși valabilitatea legilor fizicii:
„For a singularity brings so much arbitrariness into the theory that it actually nullifies its laws. … Every field theory, in our opinion, must therefore adhere to the fundamental principle that singularities of the field are to be excluded”.
— A. Einstein & N. Rosen, The Particle Problem in the General Theory of Relativity, Physical Review 48 (1): 73-77, 1935
În traducere: „Căci o singularitate aduce atât de multă arbitraritate în teorie încât, în realitate, îi anulează legile. … Orice teorie a câmpului, în opinia noastră, trebuie, așadar, să adere la principiul fundamental că singularitățile câmpului trebuie excluse”.
Ce este o singularitate Schwarzschild?
Pentru a înțelege scepticismul lui Einstein, trebuie mai întâi să privim cum au apărut găurile negre în fizică. În 1915, Einstein și-a publicat Teoria generală a relativității, care descrie gravitația nu ca o forță, ci ca o curbură a spațiu-timpului cauzată de masa și energia obiectelor. Ecuațiile sale sunt extrem de complexe, dar în anumite situații simple, ele pot fi rezolvate exact.
Când Karl Schwarzschild a găsit în 1916 prima soluție exactă a ecuațiilor relativității generale, el a arătat că un obiect suficient de masiv și compact ar putea colapsa până la un punct în care densitatea devine infinită. Acest punct, numit mai târziu „singularitate”, este ceea ce numim azi centrul unei găuri negre. Schwarzschild, astronom și fizician german, a murit pe frontul din Primul Război Mondial la scurt timp după ce a trimis soluția către Einstein. Soluția Schwarzschild descrie spațiu-timpul în jurul unei mase sferice și conține ceva foarte ciudat: la o anumită distanță de centrul masei, numită raza Schwarzschild, spațiu-timpul devine atât de curbat încât nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa.
Einstein nu a crezut însă că această soluție este aplicabilă în realitate, ci este doar un... produs matematic, nu ceva posibil în natură.
Einstein credea că o teorie fizică adevărată trebuie să fie completă și să nu conțină puncte unde matematica eșuează sau conține „infinituri”.
Ce s-a schimbat după Einstein
Abia în anii 1960-1970, datorită lucrărilor lui Roger Penrose, Stephen Hawking și alții, s-a demonstrat că singularitățile nu doar că pot apărea, dar sunt inevitabile în anumite condiții – de exemplu, în situația colapsului unei stele masive. Găurile negre au fost confirmate observațional în deceniile următoare, culminând cu imaginea celei din galaxia M87 în 2019.
Totuși, fizicienii știu că în centrul unei găuri negre legile cunoscute nu mai funcționează, iar unificarea gravitației cu mecanica cuantică este privită ca posibilă soluție la problemă.
Unii fizicieni cred că singularitățile din centrul găurilor negre nu sunt reale, ci indică limitele teoriei noastre actuale. Se speră că o teorie cuantică a gravitației va rezolva această problemă, arătând că singularitățile sunt înlocuite cu ceva finit la scări foarte mici.
Nu există dovezi că Einstein și-a schimbat părerea despre găuri negre până la moartea sa, în 1955. El a continuat să lucreze la o teorie unificată care să combine relativitatea generală cu mecanica cuantică, sperând să elimine singularitățile.
Așadar, Einstein, deși a schimbat fundamental modul nostru de a înțelege lumea, teoria relativității oferind multe aspecte contraintuitive și foarte greu de înțeles și astăzi, cu toate eforturile de popularizare din ultima sută de ani, în privința găurilor negre a avut o reținere profundă. Deși a contribuit la înțelegerea actuală a găurilor negre, el personal nu a acceptat existența lor.
> Citiți și: Istoria completă a găurilor negre
