Otkrili smo bijelu rupu?

Uzmite broj 25. Kvadratni korijen od 25 može biti 5, ali jednako lako može biti i -5. Kako su dva rješenja jednadžbi polja, tada i crne i bijele rupe uzburkale i uzbuđivale znanstvenike, iako je samo jedno postalo poznato. Slika: ESA / V. Beckmann.

Crne rupe su fascinantna čudovišta. Razbili su zvijezde i planete ogromne poput Jupitera, okrećući se dovoljno divljim da uhvate sve u svojim misterioznim kavernama. Jednom kada prođu njihove horizonte događaja, ništa ne može pobjeći. Jedna čak prebiva u središtu naše galaksije i, možda, u središtu gotovo svih galaksija koje vidimo skrivene na noćnom nebu. Oni su, bez sumnje, jedan od najmoćnijih objekata u svemiru. Pa ipak, koliko god znamo o njima i fascinantno koliko i oni, to su njihove kolege koji se još više izmiču i uzbudljiviji su za razmotriti.

Nedugo nakon što je Einstein predstavio svijet općom relativnošću početkom 1900-ih, pojavili su se temelji za crne rupe i njihove matematičke suprotnosti - bijele rupe. Einstein ih sam nije predvidio; smatrao je da je ekstremna priroda crnih rupa previše neprijatna za istraživanje. No, i drugim znanstvenicima oni su postali velika zanimanja.

U svojoj suštini crne i bijele rupe sastavljene su od singularnosti (gdje se ogromna količina mase svodi na malu količinu prostora) i horizonta događaja. One su jednake jednakom osim u smjeru prolaska. Dok crne rupe proždiru materiju i ne dozvoljavaju da ništa pobjegne, bijele rupe emitiraju ogromne količine materije i energije, ne dopuštajući ničemu da putuje unutar njih. Nikad se nisu mogli ući. Ako bi neustrašiva posada pokušala ući u bijelu rupu, stroga sila gama zraka uništila bi njih i njihov brod. Ali čak i ako je brod bio dovoljno jak da izdrži tu količinu energije, prostor-vrijeme oko bijele rupe je strukturirano tako da količina ubrzanja koja je potrebna da biste ušli unutra postaje sve veća i veća što se bliži. Ukratko, za ulazak u bijelu rupu potrebno je više energije nego što postoji u cijelom svemiru.

Ali to što bijela rupa podliježe općoj relativnosti i matematički je zdrava, ne znači da je i praktična. Mnogi znanstvenici nazivaju bijele rupe "nemogućom mogućnošću", što znači da, iako se ne mogu u potpunosti isključiti, oni ne očekuju da je vide i u našim teleskopima. To je zato što ovaj fenomen krši drugi zakon termodinamike: entropija u svemiru mora uvijek ostati ista ili se povećavati.

Entropija se često opisuje kao kaos, ali se može bolje objasniti kao povećanje u koliko je stanja čestica u određenom sustavu moguće. Na primjer, kuća srušena u ruševine povećava entropiju jer se od tih ruševina mogu stvoriti i mnoge druge građevine - šupe, police za knjige, nadgrobni spomenici i papir - dok je kuća samo jedno vrlo specifično stanje tih čestica. Mali, lokalni pad entropije može se dogoditi sve dok se sveukupna entropija svemira povećava. Crne rupe su u tome izvrsne jer uzimaju materiju s malim entropijom, poput planeta, i rasipaju ih po velikim razmacima tijekom vremena, povećavajući kaos prostora. Bijele rupe svojim izlivima materije krše ovaj zakon jer bi smanjile ukupnu entropiju. To je i razlog zašto fizičari tvrde da vrijeme ne može ići unatrag.

Ali to još uvijek ne čini nemoguće bijele rupe.

Stephen Hawking pokazao je da crne rupe s vremenom gube svoju masu, sugerirajući da informacije ne mogu vječno biti pohranjene u njima. Ali ako se ta informacija ne može uništiti, kamo ide? Tu se pojavljuju bijele rupe. Ilustracija supermasivne crne rupe: NASA.

Rijetki zastoj entropije mogao bi privremeno preokrenuti vrijeme i stvoriti bijelu rupu. Jedini je problem što bi, jednom kad bi se nastavio svoj normalni tok, bijela rupa eksplodirala i nestala u snažnom navalu energije. Neki znanstvenici nagađaju da je upravo to stvorilo naš svemir; Veliki prasak matematički liči na bijelu rupu, jedina je razlika što Veliki prasak nije imao jedinstvenost i umjesto toga se svugdje događa u isto vrijeme. Ali to bi objasnilo zašto se odjednom pojavilo toliko materije i energije.

Neki istraživači navode bijele rupe kao odgovor na paradoks informacija o crnoj rupi - proturječnost koja kaže da se informacija koju proguta crna rupa trajno izgubi tijekom Hawkingove radijacije, ali da bi se time prekršio zakon kvantne mehanike koji kaže da nikakve informacije nikad ne mogu biti uništen.

Ako bi se crna rupa povezala s bijelom rupom, sva materija i energija koju troši crna rupa izlazile bi iz bijele rupe bilo u drugom dijelu svemira ili u nekom drugom svemiru uopšte. To bi riješilo pitanje očuvanja informacija. Hawking je podržavao ovu teoriju dugi niz godina.

Slično tome, 2014. godine tim predvođen teorijskim fizikom Carlom Rovellijem sugerirao je da jednom kada crne rupe više ne mogu isparavati i smanjivati ​​se zbog ograničenja prostora-vremena, crna rupa će tada doživjeti kvantni odboj (vanjski pritisak) i transformirati se u bijela rupa. To znači da crne rupe postaju bijele rupe gotovo u trenutku u kojem se formiraju. Međutim, vanjski promatrači i dalje vide crnu rupu u milijardama godina zbog gravitacije. Ako je ta teorija tačna, crne rupe koje su nastale u ranim godinama svemira mogle bi u bilo kojem trenutku biti spremne umrijeti i izbiti u kozmičke zrake ili neki drugi oblik zračenja.

Zapravo smo je možda već vidjeli.

Mjesto GRB 060614. Ova eksplozija bila je trilijune puta snažnija od sunca. Slika: Svemirski teleskop Hubble

Jednog blistavog ljetnog dana 2006. godine, NASA-in satelit Swift zabilježio je izuzetno snažno pucanje gama zraka (zvano GRB 060614) u vrlo čudnom nebeskom području. Iako ove vrste rafala spadaju u dvije kategorije - kratki i dugački pragovi - i obično se povezuju s supernovama, GRB 060614 nije ni učinio. Trajalo je nevjerojatnih 102 sekunde, ali nije bilo povezano s eksplozijom zvijezda. Za usporedbu, većina eksplozija gama zraka traje samo 2–30 sekundi.

GRB 060614 odvijao se u galaksiji koja je imala vrlo malo zvijezda koje su mogle proizvesti eksplozije ili duge eksplozije. Astronomima i astrofizičarima čini se da je to pucanje gama zraka došlo niotkuda i jednostavno se urušilo u sebe nakon samo nekoliko kratkih trenutaka. Nekoliko godina kasnije, znanstvenici su iznijeli hipotezu da je GRB 060614 mogla biti bijela rupa. To, na kraju krajeva, savršeno opisuje ono što bismo očekivali od bijele rupe - snažnu, nestabilnu fontanu materije i energije koja nestaje ubrzo nakon formiranja, obično s točke koja je premala za vidjeti. I iako se ne može zaključiti da je GRB 060614 u stvari bio tako fantastičan fenomen, trenutni znanstveni modeli nemaju objašnjenje za ono što se dogodilo. NASA-ini znanstvenici vjeruju da je nešto sasvim novo odgovorno za eksploziju gama zraka, pri čemu mnogi priznaju da, iako puno vremena posvećuju promatranju i podacima, jednostavno ne znaju što bi ga moglo uzrokovati. Od otkrića 2006. godine, deseci teleskopa, uključujući Hubble, proučavali su događaj.

Za sada nitko ne može sa sigurnošću reći da smo vidjeli ove fantastične predmete u našem svemiru. Ali to možemo reći: opća relativnost raspada se u posebnosti crne rupe. Gustina energije i zakrivljenost jednostavno ne dopuštaju općoj relativnosti dobar opis onoga što se događa unutar crne rupe. Tek kad ne budemo imali potpunije razumijevanje fizike, možemo isključiti predmete poput bijelih rupa i rupa od glista koji za sada žive samo u našoj znanstvenoj fantastici. Ali pretpostavljam da je važno dodati da su se u jednom trenutku crne rupe također smatrale fikcijom.