Κυριακή, 19 Αυγούστου 2012

Πόλεμος γύρω από μια μαύρη τρύπα

Για δεκαετίες οι φυσικοί ξιφομαχούσαν στην ποδιά της... Μαύρης Τρύπας διαφωνώντας σχετικά με το αν διασώζεται η Πληροφορίααπό τη διάσημη διαστημική «ρουφήχτρα».
Τώρα τα πράγματα ξεδιαλύθηκαν, για να μπερδευτούν και πάλι στις περίφημες συμπαντικές χορδές

Πριν από δύο χρόνια ο Στίβεν Χόκινγκ παραδέχθηκε ότι η πληροφορία δεν καταστρέφεται μέσα σε μια μαύρη οπή. Αυτό στον πολύ κόσμο δεν έλεγε και τίποτε, αλλά η ομολογία του ακόμη και σήμερα καθορίζει τον τρόπο σκέψης σε βασικά προβλήματα της Φυσικής. Επί 26 χρόνια είχαμε πόλεμο, αλλά και σήμερα οι φυσικοί ετοιμάζονται και πάλι να συγκρουστούν μεταξύ τους.
Συνάντηση στην... τουαλέτα


Ηταν μεγάλη τύχη που οι δύο άντρες βρέθηκαν ακριβώς ο ένας δίπλα στον άλλον, ο ένας απλός ερευνητής στα 32 του, ο άλλος διάσημος καθηγητής στα 53 του, στις τουαλέτες του Τμήματος Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια. Ετος: 1972. Μόλις πριν από λίγο ο νεότερος είχε ζητήσει να δει τον καθηγητή αλλά του είχαν κόψει τη φόρα λέγοντας ότι κάτι τέτοιο ήταν αδύνατον, ο καθηγητής ήταν απασχολημένος. Τώρα είχε μιαν απροσδόκητη ευκαιρία και δεν έπρεπε να τη χάσει.

«Καθηγητά Φέινμαν, συγγνώμη, μπορώ να σας ρωτήσω κάτι;».

«Ναι, αλλά πρώτα να τελειώσω αυτό που κάνω» ήλθε η κάπως ξερή απάντηση.

«Μπορεί άραγε μια μαύρη οπή να εκφυλιστεί σε μικρότερες;». Αυτή ήταν σε γενικές γραμμές η απορία του Λίοναρντ Σούσκιντ. Ο Φέινμαν του απάντησε τότε ότι κάποτε τον είχε απασχολήσει το θέμα αλλά δεν σκεφτόταν να επανέλθει· και επιπλέον εκείνη τη στιγμή ήθελε να συγκεντρωθεί στη διάλεξη που, ως προσκεκλημένος του πανεπιστημίου, θα έδινε σε λίγα λεπτά. Η έκπληξη του Σούσκιντ ήταν τεράστια όταν μετά το τέλος της διάλεξης ο Φέινμαν ήλθε κατευθείαν σ΄ αυτόν και του είπε: «Πώς σε λένε; Σκέφτηκα αυτό που με ρώτησες. Θες να συναντηθούμε λίγο αργότερα;». Η απάντηση φυσικά ήταν ναι, και βρέθηκαν σε μια καφετέρια να συζητούν για μαύρες οπές.

Ο Φέινμαν συμφωνούσε με τον Σούσκιντ ότι μπορούσε μια μαύρη οπή να εκφυλιστεί σε μικρότερες αλλά όχι να αρχίσει να διαιρείται σε ίσα κομμάτια που όλο και θα μίκραιναν. Η ιδέα του Φέινμαν ήταν ότι θα μπορούσε εξαιτίας των αέναων κβαντικών μικροκινήσεων να προκύψει μια πολύ μικρή σε έκταση μαύρη οπή που θα αποσχιζόταν κάποια στιγμή από τη μητρική. Μία ώρα έμειναν μαζί, είπαν αυτά τα λίγα και χώρισαν. Και οι δυο τους, για καιρό, δεν έδωσαν και πολλή σημασία στα όσα συζητήθηκαν εκείνο το βράδυ. Ο Σούσκιντ όμως έμελλε να είναι ο πρωταγωνιστής σε μια από τις μεγαλύτερες διαμάχες στον κόσμο της Φυσικής για 26 χρόνια, ανάμεσα σ΄ εκείνον και στον Στίβεν Χόκινγκ. Μια διαμάχη άγρια που οδήγησε το ανθρώπινο πνεύμα σε μεγάλες περιπέτειες, συνέδεσε μαζί εξατμιζόμενες οπές, ολογραφικά σύμπαντα, θεωρίες χορδών και ακόμη δεν ξέρουμε αν όλο αυτό το πράγμα δεν θα οδηγήσει σε ακόμη μεγαλύτερα αδιέξοδα. Σαν μυθιστόρημα όμως είναι συναρπαστικό.

Η μάχη της πληροφορίας

Οι πρώτοι «πυροβολισμοί» του πολέμου ανάμεσα στις δύο παρατάξεις έπεσαν το 1981, στην ιδιωτική αίθουσα συναθροίσεων ενός πάμπλουτου Αμερικανού, άσχετου με τη Φυσική, που όμως τρελαινόταν να καλεί στο μέγαρό του στο Σαν Φρανσίσκο διάσημους επιστήμονες και να τους παρακολουθεί, ανάμεσα σε ονειρώδη γεύματα, να μιλούν και να ανταλλάσσουν απόψεις μεταξύ τους. Ο Μάρεϊ Γκελ Μαν, που ανακάλυψε αργότερα τα κουάρκ, ο Φέινμαν, ο Χοοφτ, που πήρε και αυτός Νομπέλ για την τακτοποίηση σε οικογένειες των στοιχειωδών σωματιδίων, ο Σούσκιντ και μαζί ο Στίβεν Χόκινγκ ήταν εκείνο το βράδυ συγκεντρωμένοι στη μικρή αίθουσα του Βέρνερ Ερχαρτ, που είχε κάνει λεφτά πουλώντας Σεμινάρια Αυτοπεποίθησης σε ανασφαλείς συμπατριώτες του. Εκεί ο Χόκινγκ, στην τελευταία ομιλία της ημέρας, τους ανακοίνωσε ότι σύμφωνα με τους υπολογισμούς του η πληροφορία που μέσω οποιουδήποτε σώματος περνάει τον περίγυρο της μαύρης οπής εξαφανίζεται όταν έρχεται η στιγμή που η οπή αρχίζει να μικραίνει και τελικά «εξατμίζεται», όπως η λιμνούλα με το νερό σε μια ζεστή καλοκαιριάτικη ημέρα. Οι περισσότεροι το άφησαν να περάσει έτσι και να πνιγεί μέσα στο καλό φαΐ και στο ποτό που ακολούθησαν. Μόνο ο Σούσκιντ και ο Χόοφτ έμειναν σαν κεραυνοβολημένοι. Οχι μόνο εκείνο το βράδυ, αλλά και για τις επόμενες ημέρες. Διότι ένιωσαν αμέσως ότι, αν ο Χόκινγκ είχε δίκιο, κατέρρεε όλο το οικοδόμημα της Φυσικής. Πέρα από το Θεώρημα Διατήρησης της Ενέργειας υπάρχει και κάτι πολύ πιο θεμελιώδες, έστω και αν ακόμη δεν έχει περάσει στη Βασική Εκπαίδευση: το ότι η πληροφορία είναι για τη Φυσική και αυτή πλέον ένα βασικό και μετρήσιμο μέγεθος, όπως είναι η μάζα και ο χρόνος. Και η πληροφορία επίσης πρέπει να διατηρείται, οποιοδήποτε φαινόμενο και αν λαμβάνει χώρα. Τι θα πει καταστροφή της πληροφορίας; Θα πει από το μέλλον να μην μπορείς να γυρίσεις με σιγουριά στο παρελθόν ή, αλλιώς, να μην μπορείς ακολουθώντας κάποια βήματα έστω και με εντελώς θεωρητικό τρόπο να επιστρέψεις εκεί όπου ξεκίνησες. Η πληροφορία μπορεί να ταλαιπωρηθεί και να είναι δύσκολο πλέον να αποκρυπτογραφηθεί σε μια διαδικασία, αλλά δεν μπορεί να εξαφανιστεί, όπως και μια απειροελάχιστη ποσότητα ύλης. Αν, για παράδειγμα, κάψεις ένα χαρτί με μια συνταγή, θεωρείται αδύνατον από τα αποκαΐδια να ξαναβρείς το κείμενο, αλλά για τη Φυσική η πληροφορία δεν χάθηκε, θεωρητικά μπορεί να επανακτηθεί.

Στην περίπτωση όμως που περιέγραφε ο Χόκινγκ, όταν ύστερα από δισεκατομμύρια και δισεκατομμύρια χρόνια εξαφανιστεί η οπή χάνονται και οι πληροφορίες που έτυχε να περάσουν τον ορίζοντα των γεγονότων. Αν, με άλλα λόγια, κλείσεις σε ένα χρηματοκιβώτιο ένα έγγραφο και χάσεις για πάντα το κλειδί, αυτό δεν ενοχλεί τους φυσικούς· αν όμως πεις ότι το χρηματοκιβώτιο εξαφανίστηκε και δεν υπάρχει πουθενά στο Σύμπαν, αυτό είναι απαράδεκτο, με όσα ξέρουμε και δεχόμαστε σήμερα. Ο Χόκινγκ επέμενε όμως ότι έτσι είναι τα πράγματα- και ο πόλεμος, αν και ακήρυκτος, είχε ξεκινήσει.

Τι «βλέπουμε» σε μια μαύρη τρύπα;



Στην εικόνα αυτή βλέπουμε πώς φαντάστηκε ο καλλιτέχνης ότι πίδακες ενεργειακοί θα αναβλύζουν από τον ορίζοντα μιας οπής φτιαγμένης να δώσει κίνηση σε διαστημόπλοιο. Υπάρχουν δηλαδή άνθρωποι που ονειρεύονται να έχουν δαμάσει μια μελανή οπή τόσο καλά ώστε αυτή να κινεί τη μηχανή τους για ατελείωτα διαστημικά ταξίδια. Οση ενέργεια διαρρέει, σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Χόκινγκ, εκεί στο σύνορο με τον ορίζοντα της οπής θα τη διοχετεύαμε στο διαστημόπλοιο και το ταξίδι ως το Αλφα του Κενταύρου θα έπαιρνε μόλις 3,5 χρόνια
Το πρώτο βήμα από την πλευρά των αντιπάλων του ήταν να ξεκαθαρίσουν μέσα από πολλούς συλλογισμούς και διανοητικά πειράματααφού αληθινό πείραμα ή παρατηρήσεις με τις μαύρες οπές δεν μπορούν να γίνουν- δύο πράγματα, κόντρα σε κάθε ως τότε λογική:

1. Οποιος βρίσκεται απ΄ έξω αλλά πολύ κοντά στον ορίζοντα της μαύρης οπής, εκεί όπου αν πλησιάσεις πιο πολύ και τον περάσεις δεν έχει γυρισμό, μπορεί με ένα θερμόμετρο να μετρήσει μια υψηλή θερμοκρασία και αντίστοιχα μια μεγάλη δραστηριότητα ατόμων· κάποια ξεφεύγουν μάλιστα και από το εσωτερικό της μεταφέροντας έξω και τη (δήθεν) κατά τον Χόκινγκ χαμένη πληροφορία. Ταυτόχρονα οι κινήσεις εκεί οπτικά φαίνονται σαν να έχουν παγώσει διότι ο χρόνος κυλάει πολύ αργά, επηρεασμένος από τη μεγάλη μάζα της οπής, σύμφωνα με τη Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν.

2. Οποιος συνεχίζει και περνάει από τον ορίζοντα μπαίνοντας στο εσωτερικό δεν παρατηρεί τίποτε το περίεργο, καμία αναστάτωση και τελικά με μακάριο τρόπο πέφτει επάνω στον πυρήνα και διαλύεται χωρίς να παρατηρήσει κάποια ανωμαλία στον χρόνο. Πρόκειται για μια περιγραφή του ίδιου γεγονότος από δύο παρατηρητές. Συμβαίνουν όσα βλέπουν και οι δύο. Αφού αυτό έγινε αποδεκτό, άρχισαν απροσδόκητα κάποια «χαρτονάκια» να μπαίνουν σωστά το ένα δίπλα στο άλλο δίνοντας μια κάποια σωστή(;) εικόνα. Βρέθηκε ότι η εντροπία μιας μαύρης οπής, που εμείς θα καταλαβαίνουμε πιο απλά σαν πληροφορία κρυμμένη μέσα στον χώρο της οπής, είναι ανάλογη με την επιφάνεια του ορίζοντα των γεγονότων. Αρα κάθε καινούργια πληροφορία αυξάνει την επιφάνεια αυτή, άρα χωράνε άπειρες πληροφορίες. Και από εκεί η πληροφορία μέσα από τις μικρές αποδράσεις λόγω των (μικρο)κυματισμών στην επιφάνεια ξαναβγαίνει προς τα έξω και δεν χάνεται.

Ζούμε σε ένα ολόγραμμα;

Εδώ έγινε ένα ακόμη τολμηρό βήμα. Είπαν ότι επομένως και η πληροφορία ενός τρισδιάστατου μεγάλου αστεριού που κατέληξε σε μαύρη οπή θα ήταν και αυτή φυλαγμένη στην επιφάνεια του ορίζοντα. Και όταν αυτό χωνεύτηκε κάπως, η ιδέα επεκτάθηκε. Το όλο Σύμπαν επομένως με τις πραγματικές του διαστάσεις έχει απεικονιστεί στις διαστάσεις που εμείς αντιλαμβανόμαστε. Ζούμε δηλαδή σε ένα ολόγραμμα, τουτέστιν σε έναν χώρο λιγότερων διαστάσεων από ό,τι είναι το πραγματικό Σύμπαν; Στην ιδέα αυτή ταιριάζει η Θεωρία των Χορδών, το ότι δηλαδή τα διάφορα σωματίδια της ύλης είναι εκφάνσεις των δονήσεων κάποιων αφάνταστα μικροσκοπικών αλλά ισχυρότατων χορδών. Ο Χόκινγκ παραδέχθηκε το 2005 οριστικά ότι έκανε λάθος και η πληροφορία δεν καταστρέφεται στις μαύρες οπές, άλλοι όμως αμφισβητίες εμφανίστηκαν, οι οποίοι αμφιβάλλουν για το αν οι οπές μπορούν κάποτε να «εξατμιστούν», αν η Θεωρία των Χορδών ισχύει, ενώ οι βουδιστές μοναχοί που είναι σε διάλογο με τους φυσικούς της Καλιφόρνιας γελούν με όλα αυτά, που τα θεωρούν αδιέξοδες κατασκευές του νου.

ΔΥΟ - ΤΡΙΑ ΠΡΑΓΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΞΕΡΟΥΜΕ ΓΙΑ ΑΥΤΕΣ

Τι είναι μια μελανή οπή;

Είναι μια περιοχή όπου έχει συγκεντρωθεί τόσο πολλή μάζα σε έναν αντιστρόφως ανάλογα τόσο περιορισμένο χώρο ώστε να έχει αλλάξει τόσο πολύ τις ιδιότητές του που οποιοδήποτε αντικείμενο βρεθεί μέσα σε ορισμένη ακτίνα από τη μάζα αυτή να μην μπορεί να (ξε)φύγει μακριά και τελικά, πέφτοντας επάνω στην αρχική μάζα, να ενσωματώνεται σε αυτήν.

Τι είναι ο ορίζοντας μιας μαύρης οπής;

Αλλάζει τόσο η συμπεριφορά του χώρου μέχρι κάποια σημεία που όλα μαζί φτιάχνουν ένα νοητό περίβλημα και αυτό λέμε ότι αποτελεί τον «ορίζοντα της οπής» ώστε ακόμη και ακτίνες φωτός, παρ΄ όλο που μας φαίνονται το ελαφρότερο και ταχύτερο πράγμα στον κόσμο, όταν βρεθούν εκεί μέσα δεν μπορούν να ξεπεράσουν πλέον το όριο του «ορίζοντα» και να βγουν πιο έξω φθάνοντας μέχρι κάποιον που στέκεται έξω και «παρατηρεί» τα όσα συμβαίνουν στη μαύρη οπή. Ετσι ο ορίζοντας, αν και δεν έχει κανένα ιδιαίτερο οπτικό χαρακτηριστικό, είναι το σύνορο που αν το υπερβείς, πλησιάζοντας προς τον πυρήνα του όλου σχηματισμού, δεν μπορείς να ελπίζεις σε επιστροφή. Οπως έγραψε κάποιος, είναι τόσο σίγουρο ότι τελικά θα πέσεις επάνω του όσο και ότι θα έλθει η επόμενη... Πέμπτη.

Πώς σχηματίζεται;

Ενα αστέρι με αρκετά μεγάλη μάζα, όταν χάσει αρκετή από την καύσιμη ύλη του που του επιτρέπει να φωτίζει γύρω του, δεν αντέχει να διατηρεί ακόμη τη συνηθισμένη δομή του και αρχίζει να συρρικνώνεται και να συμπυκνώνεται ταυτόχρονα δημιουργώντας γύρω του καταστάσεις μαύρης οπής.

Αφού πρόκειται για παλιά αστέρια, γιατί τα είπαν «μελανές οπές»;

Νονός του όρου «μελανές οπές» είναι ο Τζον Γουίλερ, ένας διάσημος φυσικός ο οποίος ασχολήθηκε με τον σχηματισμό τους και αφού έψαξε πολύ για το κατάλληλο όνομα, και παλινδρόμησε ανάμεσα σε όρους όπως «παγωμένο άστρο» ή «άστρο που κατέρρευσε», κατέληξε να χρησιμοποιεί από το 1967 τον όρο «μαύρη οπή». Ηταν τέτοιο το κύρος του τότε ώστε όλοι απλά ακολούθησαν.

Πόσο «ζυγίζει» άραγε μια μαύρη τρύπα;

Τολμηρή ερώτηση. Μπορεί να έχει οσοδήποτε μεγάλη μάζα. Πάντως κατά μέσον όρο μπορεί να έχει μάζα όσο δέκα δικοί μας Ηλιοι, και για να το κάνουμε σε... μηδενικά:

10.000.000.000.000.000.000.000. 000.000.000κιλά. Σε άλλους γαλαξίες υπάρχουν, υποτίθεται, μεγαλύτερες κατά έξι τουλάχιστον μηδενικά! Ο Ηλιος μας δεν θα καταλήξει σε μαύρη οπή γιατί δεν είναι αρκετά μεγάλος και τα επόμενα πέντε δισεκατομμύρια χρόνια θα είναι όπως τώρα, ενώ ύστερα θα γίνει ένας λευκός νάνος.

Τι θα αισθανθώ όταν βρεθώ μέσα;

Ακόμη πιο τολμηρή αλλά πιο οδυνηρή ερώτηση. Αν υποθέσουμε ότι πέφτεις σε μια μεγάλη οπή, άρα με ευρύ ορίζοντα, αφού τον περάσεις και φθάσεις σε απόσταση τουλάχιστον 600.000 χιλιομέτρων από τον πυρήνα, αρχίζεις να αισθάνεσαι παράξενα. Βέβαια τα πράγματα γύρω σου ήδη φαίνονταν παραμορφωμένα, διότι η παρουσία μεγάλης μάζας έχει αλλάξει κάπως τις ιδιότητες του χώρου σε σχέση με όσα επικρατούν εδώ στη Γη και οι φωτεινές ακτίνες που εκπέμπονται από τα πράγματα υφίστανται μεγάλη παραμόρφωση. Εν τω μεταξύ αρχίζουν τα πρώτα τραβήγματα στο σώμα καθώς, υποθετικά βέβαια, πέφτοντας με τα πόδια αισθανόμαστε όλο το σώμα κατά μήκος του μεγάλου άξονα να τραβιέται προς τα κάτω και να συμπιέζεται στα πλευρά. Ωσπου αρχίζει ο διαμελισμός και... ας μη γίνουμε περισσότερο περιγραφικοί.

Πόσο κρατάει το μαρτύριο;

Για μια οπή με μάζα ένα εκατομμύριο φορές τη μάζα του Ηλίου, από τη στιγμή που περνάς τον ορίζοντα διαμελίζεσαι σε μόλις 7 δευτερόλεπτα. Ενώ εσύ μπορείς να βλέπεις έξω τι γίνεται, κανένας από τους απ΄ έξω δεν μπορεί να παρακολουθήσει το δράμα σου, αφού καμία φωτεινή ακτίνα δεν μπορεί να ξεφύγει πέρα από τον ορίζοντα.

Εξατμίζονται οι μελανές οπές;

Σχηματικά ναι. Με κάπως πολύ απλοποιημένες εικόνες θα λέγαμε ότι, με βάση τους νόμους του μικρόκοσμου, μέσα σ΄ αυτόν η αρχή διατήρησης της ενέργειας μπορεί σε κάποια απειροελάχιστα χρονικά διαστήματα να παραβιάζεται. Στο Σύμπαν μπορεί να παράγονται μάζα και ενέργεια από το κενό, που είναι γεμάτο ύλη και αντιύλη, μόνο όμως για λίγο. Είναι σαν μια τράπεζα που σου επιτρέπει για ελάχιστο χρόνο να έχεις αρνητικό λογαριασμό, δηλαδή να της χρωστάς. Αν λοιπόν εσύ είσαι κοντά στα σύνορα και τότε το σκάσεις με τα χρήματα που της πήρες, τότε πάει, σε έχασε.

Δηλαδή και ένας άνθρωπος μπορεί να γλιτώσει;

Κάποια σωματίδια πολύ κοντά στον ορίζοντα των γεγονότων καταφέρνουν να ξεγλιστρούν από το περιβάλλον της οπής και επιστρέφουν στον εκτός αυτής κόσμο. Αυτό συμβαίνει συνέχεια, αλλά είναι τόσο λίγη η ενέργεια που χάνεται ώστε υπολογίζεται ότι για να εξαφανιστεί έτσι μια οπή θα έπρεπε να περάσει πολλαπλάσιος χρόνος και από τη σημερινή ηλικία του Σύμπαντος! Τίποτε όμως μεγαλύτερο από αυτά τα σωματίδια δεν μπορεί να έχει τόση ενέργεια που να ξεφύγει από τον «ορίζοντα» και της πιο μικρής οπής.

πηγή: BHMA του Α.ΓΑΛΔΑΔΑ

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου