Οι νόμοι της Φυσικής δεν μπορούν ακόμα και σήμερα να εξηγήσουν τις μαύρες τρύπες

Η θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein έχει θεμελιώσει εδώ και έναν αιώνα την κατανόηση μας για τη βαρύτητα και τη δομή του Σύμπαντος. Παρά τη βαθιά επιρροή της όμως, ακόμη και αυτή η θεωρία αντιμετωπίζει ακραία όρια. Ένα από αυτά είναι η έννοια της «μοναδικότητας» (singularity) στο κέντρο των μελανών οπών — ένα σημείο όπου η ύλη συμπιέζεται σε άπειρη πυκνότητα και οι νόμοι της φυσικής, όπως τους γνωρίζουμε, παύουν να ισχύουν.

Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Robie Hennigar του Durham University επιχείρησε να προτείνει μια λύση στο πρόβλημα της μοναδικότητας. Η πρότασή τους βασίστηκε σε μια τροποποιημένη εκδοχή των εξισώσεων πεδίου του Einstein, ώστε να αλλάζει η συμπεριφορά της βαρύτητας σε περιοχές εξαιρετικά έντονης καμπυλότητας χωροχρόνου. Με αυτόν τον τρόπο, η μοναδικότητα αντικαθίσταται από μια στατική, έντονα παραμορφωμένη περιοχή στο κέντρο της μελανής οπής, αποφεύγοντας τη μαθηματική κατάρρευση της θεωρίας.

Η θεωρητική πρόταση, ωστόσο, δεν έγινε δεκτή χωρίς επιφυλάξεις από την επιστημονική κοινότητα. Ο Nikodem Poplawski, θεωρητικός φυσικός στο University of New Haven, διατύπωσε τρεις βασικές ενστάσεις σχετικά με την προσέγγιση της ομάδας του Hennigar. Πρώτον, το μοντέλο προϋποθέτει την ύπαρξη πέντε διαστάσεων, ενώ όλες οι πειραματικές παρατηρήσεις υποδεικνύουν ένα σύμπαν τεσσάρων διαστάσεων — τρεις του χώρου και μία του χρόνου. Αν και πολλά θεωρητικά μοντέλα όπως η Θεωρία των Χορδών απαιτούν περισσότερες διαστάσεις, μέχρι στιγμής δεν υπάρχουν ενδείξεις για την ύπαρξή τους.

Δεύτερον, στο εν λόγω μοντέλο, το εσωτερικό μιας μελανής οπής περιγράφεται ως στατικό, δηλαδή χωρίς δυναμικές μεταβολές στον χρόνο. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας, οι οποίες δείχνουν ότι ο χωροχρόνος κάτω από τον ορίζοντα γεγονότων δεν μπορεί να είναι στατικός.

Τρίτον, το μοντέλο περιλαμβάνει την προσθήκη άπειρων όρων στις εξισώσεις πεδίου — μια τεχνική που, σύμφωνα με τον Poplawski, δεν διαθέτει ισχυρό φυσικό υπόβαθρο και λειτουργεί περισσότερο ως μαθηματικό τέχνασμα παρά ως φυσικά εμπνευσμένη θεωρία.

Η κριτική αυτή αναδεικνύει και μια ευρύτερη προβληματική της σύγχρονης θεωρητικής φυσικής: οι περισσότερες προσπάθειες επίλυσης του προβλήματος της μοναδικότητας βασίζονται στη σύνθεση της γενικής σχετικότητας με την κβαντική φυσική. Ο στόχος είναι η δημιουργία μιας ενιαίας θεωρίας «κβαντικής βαρύτητας», ικανής να περιγράψει το Σύμπαν τόσο σε κοσμικές όσο και σε υποατομικές κλίμακες.

Η Θεωρία των Χορδών είναι μία από τις πλέον υποσχόμενες υποψηφιότητες για αυτή τη σύνθεση. Αντικαθιστά τα σημειακά σωματίδια με ταλαντούμενες χορδές, επιδιώκοντας να ενοποιήσει όλες τις φυσικές δυνάμεις. Παρ’ όλα αυτά, και αυτή η θεωρία συναντά σοβαρά εμπόδια. Όπως επισημαίνει ο Poplawski, η ανάγκη για πρόσθετες διαστάσεις και η πρόβλεψη σωματιδίων υπερσυμμετρίας — που ακόμα δεν έχουν εντοπιστεί πειραματικά — αφαιρούν από τη θεωρία τη δυνατότητα επιβεβαίωσης ή διάψευσης, κάτι που είναι θεμελιώδες στη φυσική.

Παρά την κριτική, ο Poplawski αναγνωρίζει τη μαθηματική αξία τέτοιων θεωριών. Η διερεύνηση νέων μοντέλων, ακόμη και αν αποδειχθεί ότι δεν αντικατοπτρίζουν την πραγματικότητα, μπορεί να οδηγήσει σε τεχνικές και εργαλεία χρήσιμα σε άλλους τομείς της φυσικής.

Σε ερώτηση για το αν είναι εφικτό να κατανοήσουμε ποτέ πλήρως τι συμβαίνει μέσα σε μια μελανή οπή, ο Poplawski διατυπώνει μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα άποψη. Υποστηρίζει πως αυτό είναι δυνατό μόνο αν ισχύει η υπόθεση ότι κάθε μαύρη τρύπα γεννά ένα νέο Σύμπαν. Σύμφωνα με τη θεωρία του, την οποία προωθεί από το 2010, το δικό μας Σύμπαν μπορεί να έχει δημιουργηθεί από μια μελανή οπή σε κάποιο άλλο, «μητρικό» Σύμπαν. Αν κάτι τέτοιο ισχύει, τα ίχνη της αρχικής κοσμικής διαστολής θα μπορούσαν να ανιχνευθούν μέσω της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου ή ακόμη και με τη βοήθεια νετρίνων ή βαρυτικών κυμάτων στο μέλλον.

Το να κατανοήσουμε τι κρύβεται στην καρδιά μιας μελανής οπής είναι αναμφίβολα μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σύγχρονης επιστήμης. Όμως η ιστορία της φυσικής δείχνει ότι η επιμονή μπορεί να αποδώσει. Ο Poplawski υπενθυμίζει πως χρειάστηκαν 100 χρόνια για να επιβεβαιωθεί η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων που είχε προβλέψει ο Einstein. Ίσως, λοιπόν, και η λύση στο μυστήριο της μοναδικότητας να χρειαστεί δεκαετίες ακόμη — αλλά αυτό δεν σημαίνει πως πρέπει να σταματήσουμε να την αναζητούμε.

[via]