Μαύρες και Λευκές Τρύπες
Οι Μαύρες Τρύπες αποτελούσαν πάντα ένα μεγάλο μυστήριο για τους αστρονόμους, το οποίο μέχρι και σήμερα δεν έχουμε διαλευκάνει πλήρως.
Μαύρη Τρύπα ονομάζεται το σημείο του χωροχρόνου, στο οποίο οι βαρυτικές δυνάμεις είναι τόσο μεγάλες, ώστε τίποτα (ούτε καν τα σωματίδια και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως το φως) να μην μπορεί να ξεφύγει από αυτό. Οι μαύρες τρύπες είχαν προσελκύσει τόσο πολύ το ενδιαφέρων των επιστημόνων που πριν την επιβεβαίωση της ύπαρξης των μαύρων τρυπών είχε προταθεί ότι ήταν ταχύτατα κινούμενα άστρα μέσα στον γαλαξία μας, περιοχές του σύμπαντος με αντιύλη, αλυσιδωτές εκρήξεις supernova, έξοδοι από σκουλικότρυπας μέχρι και πιθανά σήματα από εξωγήινους πολιτισμούς.
Ο όρος «μαύρη τρύπα», ευρύτατα διαδεδομένος, επινοήθηκε το 1967 από τον Αμερικανό αστρονόμο και θεωρητικό φυσικό, Τζον Γουίλερ.
Μία μαύρη τρύπα είναι το σημείο εκείνο του διαστήματος, όπου κάποτε υπήρχε ο πυρήνας ενός γιγάντιου άστρου, ένας πυρήνας που περιείχε περισσότερο υλικό από δυόμισι ηλιακές μάζες και ο οποίος, στην τελική φάση της εξέλιξης του άστρου, έχασε στην πάλη του ενάντια στη βαρύτητα, με αποτέλεσμα το υλικό του να καταρρεύσει και να συμπιεστεί περισσότερο ακόμα και από το υλικό ενός αστέρα νετρονίων.
Αν ήταν εφικτό να συμπτυχθεί ολόκληρη η Γη σε μια ακτίνα 0,9 εκατοστών, δηλαδή στο μέγεθος ενός κερασιού, θα μετατρεπόταν σε μαύρη τρύπα, καθώς η βαρύτητα της Γης θα γινόταν τόσο ακραία που η ταχύτητα διαφυγής θα έφτανε την ταχύτητα του φωτός. Φυσικά, δεν υπάρχει καμία γνωστή αστρονομική διαδικασία που θα μπορούσε να μετατρέψει τη Γη σε μαύρη τρύπα. Η κρίσιμη ακτίνα όπου η ταχύτητα διαφυγής φτάνει την ταχύτητα του φωτός, δημιουργώντας έτσι μια μαύρη τρύπα, ονομάζεται ακτίνα Σβάρτσιλντ.
Για μια στατική (μη περιστρεφόμενη) μαύρη τρύπα, η ακτίνα Σβάρτσιλντ οριοθετεί ένα σφαιρικό ορίζοντα γεγονότων. Η ακτίνα Schwarzschild ενός αντικειμένου είναι ανάλογη προς τη μάζα. Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες διαθέτουν στρεβλωμένους, μη σφαιρικούς ορίζοντες γεγονότων.
Η μαύρη τρύπα μπορεί να είναι αστρική (που είναι η πιο συνηθισμένη και δημιουργείτε από την κατάρρευση άστρου τα οποία έχουν μάζα μερικές εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο), ενδιάμεση (στην κατηγορία αυτή συγκαταλέγεται και η μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας) ή υπερμεγέθης.
Σύμφωνα με την κλασσική γενική σχετικότητα, ούτε ύλη ούτε πληροφορίες μπορούν να κινηθούν από το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας προς έναν εξωτερικό παρατηρητή. Για παράδειγμα, δεν μπορεί κάποιος να πάρει δείγμα του υλικού της ή να δεχτεί την ανάκλαση από μια φωτεινή πηγή, ούτε να πάρει πληροφορίες για το υλικό από το οποίο αποτελείται η μαύρη τρύπα. Για αυτό η άμεση παρατήρηση μια μαύρης τρύπας είναι αδύνατη και μόνο με έμμεσες παρατηρήσεις είναι δυνατό να συμπεράνουμε την ύπαρξή της. Κβαντομηχανικά φαινόμενα μπορούν να επιτρέψουν σε ύλη και ενέργεια να δραπετεύσουν από μαύρες τρύπες.
Όπως προβλέπεται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας, η παρουσία μιας μεγάλης μάζας παραμορφώνει τον χωροχρόνο κατά τέτοιο τρόπο ώστε τα μονοπάτια που λαμβάνονται από τα σωματίδια στρέφονται προς τη μάζα. Κατά τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, η παραμόρφωση γίνεται τόσο ισχυρή που δεν υπάρχουν μονοπάτια που να οδηγούν μακριά από τη μαύρη τρύπα.
Εργόσφαιρα ονομάζεται η περιοχή του χώρου που βρίσκεται έξω από κάθε περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Σε αυτή την περιοχή του χώρου είναι θεωρητικώς δυνατή η εξαγωγή ενέργειας και μάζας από τη μαύρη τρύπα. Η εργόσφαιρα έχει σχήμα πεπλατυσμένου ελλειψοειδούς που εφάπτεται στον ορίζοντα γεγονότων στους πόλους περιστροφής μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας και εκτείνεται σε μέγιστη απόσταση από τον ορίζοντα γεγονότων επάνω από τον ισημερινό. Η μέγιστη ισημερινή ακτίνα μιας εργόσφαιρας αντιστοιχεί στην ακτίνα Σβάρτσιλντ που θα είχε η ίδια μαύρη τρύπα αν δεν περιστρεφόταν. Η ελάχιστη πολική ακτίνα μπορεί να ισούται μέχρι και το μισό της ακτίνας Σβάρτσιλντ αν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται με τη μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα περιστροφής.
Τα πιο εμφανή αποτελέσματα μιας μαύρης τρύπας πιστεύεται ότι προέρχονται από ύλη που πέφτει μέσα σε αυτή, η οποία προβλέπεται ότι συγκεντρώνεται σε ένα εξαιρετικά θερμό και γρήγορα περιστρεφόμενο δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα, πριν εισέλθει σε αυτή. Ο δίσκος αυτός είναι γνωστός ως δίσκος προσαύξησης. Η τριβή ανάμεσα σε γειτονικές ζώνες αυτού του δίσκου τον θερμαίνουν τόσο, ώστε να ακτινοβολεί μεγάλη ποσότητα ακτινών Χ. Αυτό σημαίνει ότι οι μαύρες τρύπες χάνουν ενέργεια με αποτέλεσμα να χάνουν και μάζα λόγω της ακτινοβολίας και να εξαερώνονται. Πιο συγκεκριμένα, η μαύρες τρύπες μετατρέπουν το 30% της μάζας τους σε ενέργεια, ενώ ο Ήλιος μας, για παράδειγμα, μετατρέπει μόλις το 0,7% της μάζας του σε ενέργεια.
Σύμφωνα με τους ερευνητές στο πανεπιστήμιο της lowa είναι πιθανό η μαύρη τρύπα δημιουργεί ανέμους που βοηθούν να διαφύγει από τα αστέρια η ιονίζουσα ακτινοβολία. Έτσι, είναι πιθανό οι μαύρες τρύπες να έχουν βοηθήσει στο να καταστεί το σύμπαν πιο διάφανο και φωτεινό μετά από την σκοτεινή εποχή.
Ξέρουμε πως όσο ένα σώμα αυξάνει την ταχύτητα του ο χρόνος διαστέλλεται. Έτσι την στιγμή που η μαύρη τρύπα αποκτά την ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος παγώνει, γεγονός που σημαίνει ότι ο χρόνος ανάμεσα σε δύο κτύπους ρολογιού, υπολογίζεται ότι θα είναι άπειρος, ταυτιζόμενος με την αιωνιότητα.
Λευκή Τρύπα σύμφωνα με τη γενική θεωρία της Σχετικότητας, ονομάζεται η υποθετική περιοχή του χωροχρόνου, στην οποία δεν γίνεται να εισχωρήσει κάποιο αντικείμενο από έξω, και από την οποία η ύλη και το φως μπορούν να διαφύγουν. Υπό αυτή την έννοια, είναι το αντίθετο της μαύρης τρύπας, στην οποία είναι δυνατή η εισχώρηση αλλά όχι η διαφυγή, τόσο της ύλης όσο και του φωτός.
Οι λευκές τρύπες εμφανίζονται στη θεωρία της αιώνιας μαύρης τρύπας. Σε αντίθεση με τις μαύρες τρύπες, δεν έχει βρεθεί μέχρι τώρα τρόπος σχηματισμού μιας Λευκής Τρύπας.
Η μαύρη τρύπα και η λευκή τρύπα συνδέονται. Η ενέργεια και η ύλη που εισέρχεται σε μια μαύρη τρύπα βγαίνει μέσω μιας λευκής. Προτείνεται επίσης ότι οι λευκές τρύπες προέκυψαν από κάθε μαύρη τρύπα που πεθαίνει. Οι μαύρες τρύπες χάνουν τη μάζα με τη μορφή ακτινοβολίας που εξαφανίζεται και τελικά εμφανίζονται ως λευκές τρύπες.
Μετά τη θεωρητική πρόβλεψη των λευκών οπών οι ερευνητές θεωρούν επίσης ότι οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να υπήρχαν ακόμη και πριν από το big bang. Το Big Bang ήταν η αρχή του σύμπαντος μας, και ίσως να υπήρχε ένα άλλο σύμπαν πριν από το Big Bang.
Τώρα αν υπάρχουν οι λευκές τρύπες, που πιθανότατα δεν υπάρχουν, θα συμπεριφέρονταν σαν αντίστροφες μαύρες τρύπες - όπως προβλέπουν τα μαθηματικά. Αντί να έλκει υλικό προς τα μέσα της όπως κάνει η μαύρη τρύπα, μια λευκή τρύπα θα εκτοξεύσει το υλικό της στο διάστημα.
Μία από τις άλλες συνέπειες των μαθηματικών της λευκής τρύπας, είναι ότι υπάρχουν θεωρητικά μόνο εφόσον δεν υπάρχει ούτε ένα σημείο ύλης εντός του ορίζοντα γεγονότων της. Ακόμα κι ένα άτομο υδρογόνου να παρασυρόταν στην περιοχή αυτή, το όλο πράγμα θα κατέρρεε. Ακόμα κι αν δημιουργήθηκαν λευκές τρύπες στην αρχή του σύμπαντος, θα έχουν καταρρεύσει πολύ καιρό τώρα, αφού το σύμπαν μας είναι ήδη γεμάτο με «αδέσποτη» ύλη.
Στην φωτογραφία δεν φαίνεται μια λευκή τρύπα άλλα μια σκουληκότρυπα. Σύμφωνα με κάποιες θεωρητικές απόψεις, η μάζα που εμφανίζεται μέσα σε μια μαύρη τρύπα ίσων ταξιδεύει δια μέσου μιας τετραδιάστατης γέφυρας (της γέφυρας Αϊνστάιν-Ρόζεν) σε ένα καινούργιο σύμπαν, που συνυπάρχει με το δικό μας, χωρίς να γίνεται αντιληπτό. Σύμφωνα με τον αστροφυσικό Κιπ Θορν η μεταφορά αυτή της ύλης γίνεται με αντιστροφή της ροής του χρόνου.
Κατά πάσα πιθανότητα, οι λευκές τρύπες είναι απλά φανταχτερά μαθηματικά. Και επειδή τα φανταχτερά μαθηματικά σπάνια επιβιώνουν με την επαφή τους με την πραγματικότητα, οι λευκές τρύπες είναι πιθανώς απλώς φανταστικές.