Πως θα ήταν να πέσεις μέσα σε μια μαύρη τρύπα;

Το να πέσεις μέσα σε μια μαύρη τρύπα ίσως δε θα ήτανε και το καλύτερο για την υγεία σου, η θέα όμως θα ήταν τουλάχιστον υπέροχη. Μια νέα προσομοίωση δείχνει τι θα μπορούσε να δει κανείς καθώς κατεβαίνει στον πυθμένα μιας μαύρης τρύπας την ώρα που τον καταπίνει.
Η έρευνα αυτή θα μπορούσε να βοηθήσει τους φυσικούς να καταλάβουν την φανερά παράδοξη μοίρα της ύλης και της ενέργειας μέσα σε μια μαύρη τρύπα.
Ο Andrew Hamilton και ο Gavin Polhemus του πανεπιστημίου Boulder στο Κολοράντο, κατασκεύασαν έναν υπολογιστικό κώδικα που βασίστηκε στις εξισώσεις του Αϊνστάιν για την Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και που περιγράφει τη βαρύτητα σαν διαστροφή του
χώρου και του χρόνου. Ακολουθούν τη μοίρα ενός φανταστικού παρατηρητή που βρίσκεται σε τροχιά η οποία παραμορφώνεται καθώς παρασύρεται από μια μαύρη τρύπα που έχει μάζα πέντε εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου και σχεδόν το ίδιο μέγεθος όπως η τρύπα που βρίσκεται στο κέντρο του δικού μας γαλαξία.
Καθώς ο παρατηρητής πλησιάζει, ένας σκοτεινός κύκλος ξεπροβάλλει από τον γαλαξία και περιέχει μια μαύρη τρύπα και τον ορίζοντα γεγονότων της, δηλαδή το σημείο εκείνο πέρα από το οποίο τίποτε δεν μπορεί να ξεφύγει από την έλξη της μαύρης τρύπας. Το φως από τα αστέρια που βρίσκονται κατευθείαν πίσω από την τρύπα καταπίνεται από τον ορίζοντα αυτόν, ενώ το φως από άλλα αστέρια καμπυλώνεται μερικώς από τη βαρυτική της έλξη, σχηματίζοντας μια εικόνα στρέβλωσης γύρω από την τρύπα.

Ο δακτύλιος του ορίζοντα

Για τους μακρινούς παρατηρητές, ο ορίζοντας έχει το μέγεθος μια ακτίνας Schwartzschild (συχνά αναφέρεται και ως βαρυτική ακτίνα και είναι μια χαρακτηριστική ακτίνα που συνδέεται με κάθε μάζα. Είναι η ακτίνα για μια δεδομένη μάζα όπου, εάν αυτή η μάζα θα μπορούσε να συμπιεστεί για να χωρέσει στην ακτίνα αυτή, καμιά γνωστή δύναμη δε θα μπορούσε να τη σταματήσει στο να συνεχίζει να καταρρέει σε μια βαρυτική μοναδικότητα gravitational singularity). Για την συγκεκριμένη τρύπα το μέγεθος αυτό αντιστοιχεί σε 15 εκατομμύρια χιλιόμετρα, αλλά καθώς κανείς πλησιάζει ο ορίζοντας φαίνεται να αποσύρεται. Ακόμα και όταν υπερβεί το κατώφλι της ακτίνας υπάρχει ακόμα ένα σημείο μπροστά από τον παρατηρητή όπου όλο το φως καταπίνεται, έτσι από την σκοπιά του ο παρατηρητής ποτέ δεν πλησιάζει τον ορίζοντα.
Οι Hamilton και Polhemus σχεδίασαν ένα κόκκινο πλέγμα στον ορίζοντα για να βοηθήσουν στην οπτικοποίησή του (καθώς ο ορίζοντας είναι σφαιρικός, οι δύο κύκλοι στο πλέγμα αντιπροσωπεύουν τον βόρειο και το νότιο πόλο από το κέντρο της μαύρης τρύπας). Καθώς ο παρατηρητής περνάει μια ακτίνα Schwartzschild, ένα άλλο τεχνητό οπτικό εφέ εμφανίζεται. Το λευκό πλέγμα που τον περικυκλώνει σηματοδοτεί το που οι μακρινοί παρατηρητές θα τοποθετούσαν τον ορίζοντα, δηλαδή είναι το σημείο εκείνο που άλλα άτομα που ακολουθούν τον πρώτο παρατηρητή θα έπεφταν επίσης μέσα στον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας.
Η πιο παράξενη θέα είναι αυτή που θα δει ο παρατηρητής τις τελευταίες στιγμές της πορείας του. Καθώς πλησιάζει στο κέντρο της μαύρης τρύπας θα νιώσει τεράστιες παλιρροιακές δυνάμεις. Αν πέφτει πρώτα με τα πόδια, η βαρύτητα στο κεφάλι του θα είναι πολύ πιο ασθενής από αυτή που εφαρμόζεται στα πόδια του. Αυτό θα έκανε τον παρατηρητή να αποσυναρμολογηθεί και επίσης θα είχε κάποια επίδραση στο φως που θα τον περιέβαλλε. Το φως πάνω από το κεφάλι του θα τεντωνόταν και θα πλησίαζε την κόκκινη άκρη του φάσματος. Στο τέλος, από το κόκκινο θα προχωρούσε στην ανυπαρξία και έτσι ολόκληρη η θέα θα συμπυκνωνόταν σε έναν οριζόντιο δακτύλιο.

Το πληροφοριακό παράδοξο

Αυτή η διαδικασία μπορεί να ρίξει λίγο φως στο αίνιγμα των μαύρων τρυπών. Οι κβαντικοί υπολογισμοί φαίνεται να δείχνουν ότι υπάρχει μεγάλου βαθμού πολυπλοκότητα στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας και σε παλιότερες εργασίες, οι ερευνητές είχαν υπολογίσει πως θα ήταν δυνατό να δημιουργηθεί πολύ περισσότερη εντροπία (μέτρο της αταξίας) στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας από αυτή που μετράται από εξωτερικούς παρατηρητές. Αυτό μοιάζει με μια υπερσυμπιεσμένη εκδοχή του παλιού πληροφοριακού παράδοξου της μαύρης τρύπας, το οποίο αντιπαραβάλλει τον προφανή αφανισμό των αντικειμένων και της πληροφορίας που πέφτουν μέσα σε μια μαύρη τρύπα με την κβαντική μηχανική, η οποία υποστηρίζει ότι η κβαντική πληροφορία δεν μπορεί ποτέ να χαθεί.
Το πρόβλημα ίσως είναι πως έχουμε μια αφελή θέαση για τον χώρο που καταρρέει μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Για να μετρήσουν τη συνολική εντροπία οι Hamilton και Polhemus υπέθεσαν πως αθροίζονται όλες οι πιθανές καταστάσεις που θα μπορούσαν να έχουν η ύλη και η ενέργεια σε διαφορετικά σημεία στον χώρο. Αλλά μαζί με άλλους θεωρητικούς, υποπτεύονται πως αυτή η συνήθης υπόθεση, που καλείται τοπικότητα, δεν ισχύει στο εσωτερικό μια μαύρης τρύπας. Κατά κάποιον τρόπο, διαφορετικά σημεία στον χώρο φαίνεται να μοιράζονται τις ίδιες καταστάσεις, αλλά δεν είναι ξεκάθαρο πως γίνεται αυτό.
Εκεί είναι που οι οπτικοποιήσεις όπως η συγκεκριμένη μπορούν να βοηθήσουν. "Κοντά στην βαρυτική μοναδικότητα (singularity), φαίνεται πως ολόκληρο το τρισδιάστατο σύμπαν καταρρέει σε μια επιφάνεια δύο διαστάσεων," λέει ο Hamilton. Αλλά το κατά πόσον αυτό υπαινίσσεται πως μια δισδιάστατη οπτική είναι περισσότερο θεμελιώδης, δεν είναι ξεκάθαρο. "Έχει αυτό κάποια προφανή σημασία; Δε γνωρίζω," συμπληρώνει ο Hamilton.
tech.pathfinder.gr