Most megtudhatja, mi történne önnel, ha elnyelné egy fekete lyuk!

A dekódolás olyan felfoghatatlanul hosszú ideig tartana, hogy közben aa fekete lyuk is elpárologna

Vajon mi történne, ha valaki beleesne egy fekete lyukba? Ezt a sci-fi szerű fantasztikus kérdést feszegette a BBC Earth magazinja egy nagy sikert aratott cikkében.

Amint átlépjük az eseményhorizontot, kettéhasad a valóság

A legtöbben nyilván azt gondolják, hogy ha valaki hipotetikusan beleesne egy fekete lyukba akkor azonnal megsemmisülne, atomjaira, sőt elemi részecskéire szakadna szét, semmivé széthullva. Azonban ez nem így van, a dolog távolról sem ilyen egyszerű.

Az eseményhorizonton túl semmi sem érvényes többé abból, amit a makrovilágban tapasztalunk Forrás: Interstellar

Játszunk el azzal a gondolattal a tudomány mai ismereteiből kiindulva, hogy mi is történne, ha valaki átlépné egy feketelyuk eseményhorizontját. Abban a pillanatban, hogy valaki „belép” egy fekete lyukba, a valóság nyomban kettészakad két egymással homlokegyenest ellenkező szcenárióra: egyrészt az illető azonnal elégne, másrészt viszont sértetlenül belemerülne a fekete lyukba.

Fekete lyuk, a „nem létező” égitest

Kiindulópontként először foglaljuk össze lényegre törően, hogy mi is az a fekete lyuk.

A fekete lyuk a csillagfejlődés egy rendkívül ritka és kivételes formájának az utolsó állomása,

a gravitációs kollapszus (összeomlás) eredményeként létrejövő olyan állapot, amelyben a szupersűrű, úgynevezett elfajult anyag és iszonyatos erejű gravitáció miatt az általunk ismert fizika nem működik.

A fekete lyuk az anyag elfajult állapota Forrás: Josh Valenzuela / UNM

(A fekete lyukban a gravitáció oly erős, hogy még a fény sem jut ki onnan.)

Ahogyan azt Albert Einsteintől megtanultuk, a gravitáció a téridő görbülete.

A szupersűrű kozmikus objektum, a fekete lyuk esetében a téridő úgy elhajlik, hogy áttekeredik saját magán, mintegy lyukat ásva a valóság szövetén.

Felrobbanó szupernova az NGC 4526 jelű galaxisban. A szuper tömegű óriáscsillagok, életük végén, egyetlen gigantikus termonukleáris robbanás során anyaguk egy részét szétsugározzák, a megmaradó rész pedig a gravitációs kollapszus miatt bizonyos esetekben fekete lyukká változhat Forrás: NASA/JPL

Amikor egy szuperóriás csillag, amely kifogyott a magfúzió fenntartását biztosító kozmikus „üzemanyagból" összeomlik, és a gravitációs kollapszus miatt olyan extrém sűrűséget produkál, ami a fekete lyuk létrejöttéhez szükséges; a téridő pedig besüpped vele.

Ahol végtelenné görbül a tér és az idő

A fekete lyuk külső határa az eseményhorizont, az a pont ahol a gravitációs erő pontosan ellensúlyozza a fény erőfeszítését, hogy kimeneküljön az extrém gravitáció fogságából.

Ha valaki átlépi az eseményhorizontot, onnan már nincs menekvés

.

Ha valaki átlépi az eseményhorizontot, az azon túli világból már nincs visszatérés Forrás: DESY/Science Communication Lab

Az eseményhorizont határnál a kvantumhatások miatt forró elemi részecskék áramolnak, melyek visszasugárzódnak az univerzumba.

Ez az úgynevezett Hawking-sugárzás,

melyet a nemrégiben elhunyt Stephen Hawkingról neveztek el, mivel ő jósolta meg a jelenséget.

Művészi ábrázolás az eseményhorizonton tapasztalható Hawking-sugárzásról Forrás: Richard Kail/SPL

A matematikai modellek szerint egy idő után a fekete lyuk kisugározza a teljes tömegét és eltűnik.

A modern elméleti fizika két óriása, Albert Einstein, és Stephen Hawking Forrás: Origo

Ahogy egyre mélyebbre jutunk

a fekete lyukban, a tér úgy meggörbül, hogy az objektum centrumában végtelenül görbültté válik, ez a szingularitás.

Itt a tér és az idő hagyományos felfogása és tapasztalata megszűnik, a fizikai törvények, ahogyan mi ismerjük őket, pedig nem alkalmazhatóak.

Hawking elméleti úton megjósolta, hogy a fekete lyuk is sugároz részecskéket Forrás: Getty Images/2010 Getty Images/Frederick M. Brown

Azt még egyelőre senki sem tudhatja, hogy mi történik odabent.

Vajon a fekete lyuk egy másik univerzumba nyíló kapu? Ez még egyelőre rejtély.

Anna szörnyűséget lát, de ön köszöni szépen, jól van

Az eddigi ismereteink alapján állítsunk fel egy hipotetikus modellt, és vizsgáljuk meg, mi történik akkor, ha ön beleesik a fekete lyukba és a társa, - legyen a neve Anna - ezt végignézi. Lássuk tehát Anna nézőpontjából az eseményeket. Anna azt látja, hogy ön elkezd belezuhanni a fekete lyukba, míg ő biztonságban kint, jóval az eseményhorizonton túl lebeg. Igen fura lesz, amit lát.

A fekete lyukak az univerzum legrejtélyesebb objektumai Forrás: Bill Saxton NRAO/AUI/NSF

Ahogyan ön egyre jobban gyorsul az eseményhorizont irányába, Anna azt látja, hogy önnek egyre hosszabbra nyúlik és eltorzul a teste, mintha csak egy hatalmas nagyító üvegen át nézné ezt.

Minél közelebb fog kerülni az eseményhorizonthoz, annál lassabbnak tűnik majd az ön mozgása,

ráadásul, mielőtt végleg eltűnne a fekete lyuk végtelen sötétjében, Anna azt a szörnyűséget fogja látni, hogy ön felvillan és semmivé ég. Ön az eseményhorizonthoz közeledő félelmetes útja során nem tudna kiáltani a társának, mivel az űrben nincs levegő, a hang terjedéséhez pedig közvetítő közegre van szükség.

A fekete lyuk nem csak a fényt és más anyagot, hanem a téridőt is foglyul ejti Forrás: NASA

A mobiltelefonjának lámpájával például tudna morzézni, de a jelek egyre lassabban jutnának el Annához, a fényhullámok egyre inkább megnyúlnának az alacsonyabb és vörösebb frekvenciákhoz közelítve. Amikor ön eléri az eseményhorizontot, Anna azt látja, hogy ön lefagy, mintha valaki megnyomta volna a szünet gombot.

Összeolvadó fekete lyukak Forrás: Wikimedia Commons

Ön így marad ott betapasztva, mozdulatlanul keresztülnyúlva az eseményhorizont felületén miközben az egyre jobban növekvő hő elkezdi önt elnyelni. Anna számára a tér megnyúlik és az idő megáll, a Hawking-sugárzás tüze pedig porrá égeti önt, még mielőtt végleg elnyelné a fekete lyuk.

Most lássuk az ön nézőpontjából a helyzetet!

Ha viszont az ön nézőpontjából szemléljük mindezt, semmi sem fog történni, nem fog tapasztalni sem megnyúlást, sem pedig lassú vagy forró sugárzást. Ön szabadesésben lesz, mégsem érzi a gravitációt. Ezt az állapotot nevezte Einstein az ő „legboldogabb gondolatának".

Einstein és az ő "legboldogabb gondolata" Forrás: Origo

Egy elég nagy fekete lyukban tehát ön teljesen normális életet élhetne. Az eseményhorizont nem olyan, mint egy téglafal, ami lebeg az űrben, hanem a perspektíva terméke: Anna, aki kint van nem lát át rajta, ami viszont önt illeti, önnek nincs horizontja.

Az eseményhorizont nem valami szilárd határ, nem olyan mint egy téglafal Forrás:Richard Kail/SPL

Ha a fekete lyuk mérete kisebb lenne, mint az ön testmérete, komoly problémája akadhatna, mivel a gravitációs erő sokkal erősebb lenne a lábánál, mint a fejénél, így ön úgy kinyúlna, mint egy spagetti. Ha viszont a fekete lyuk elég nagy, ön akár milliárd évekig is szépen eléldegélhetne, mielőtt elhunyna a szingularitásban. De hogy lehetne normális életet élni, ha önt akarata ellenére a fekete lyuk a szakadás felé szívja a téridő-kontinuumban, és ön képtelen visszamenni?

A Hawking-sugárzás által gerjesztett "tűzgyűrű" az eseményhorizont körül Forrás: Equinox Graphics/SPL

Az idő mindig csak előre halad, visszafelé sose, így akaratunk ellenére húz minket előre, és nem fogunk tudni visszamenni benne. Ugyanez történik önnel a fekete lyukban, térben és időben. Ez nem csak analógia. A fekete lyuk olyan nagyon és különlegesen meggörbíti a teret és az időt, hogy a horizonton belül a tér és az idő szerepet cserélnek.

A fekete lyuk begörbíti és magába szippantja téridőt Forrás: Henning Dalhoff/SPL

Bizonyos értelemben az idő az, ami a szingularitás felé húzza önt. Nem tud visszafordulni és kimenekülni a fekete lyukból, mint ahogy nem tud visszamenni a múltba se.

De Anna miért látja másképpen a dolgokat?

Anna nézőpontjából ön valóban ropogósra sül a horizonton, és ez nem illúzió. Sőt! Anna össze tudja gyűjteni a hamvakat. Tény, hogy az általunk megtapasztalható természeti törvények megkívánják, hogy ön kívül maradjon a fekete lyukból, ahogyan azt Anna is látja az ő perspektívájából, egyszerűen azért, mert a kvantumfizika megköveteli, hogy az információ soha nem veszhet el.

A fekete lyuk elnyeli az információt is, ezért a külső megfigyelő nem tudhatja, hogy mit rejt a szingularitás Forrás: Science Photo Library

Minden információdarabnak, ami az ön létezéséről számot ad, az eseményhorizonton kívül kell maradnia, nehogy Anna fizikai törvényei sérüljenek. De másfelől a fizikai törvények azt is megkívánják, hogy ön átlebegjen az eseményhorizonton anélkül, hogy forró részecskékkel vagy bármi egyéb rendkívülivel találkozna, máskülönben megsértené Einstein fekete lyukát és az általános relativitáselméletet.

Gondolatkísérlet az elméleti fizika legnagyobb paradoxonára

Ez a szituáció több mint paradox, mert a fizikai törvények egyszerre kívánják, hogy ön kint egy rakás hamu legyen, bent pedig éljen. Plusz van még egy harmadik fizikai törvény is: az információt nem lehet klónozni. Önnek viszont két helyen kell lennie, pedig csak egy példány létezhet önből. A fizikusok ezt bosszantó talánynak, a fekete lyuk paradoxonjának nevezik. Az 1990-es években találtak egy módot, hogy feloldják ezt a paradoxont.

Az 1990-es években megalkottak egy gondolatkísérletet a fekete lyuk paradoxonának feloldására Forrás: Ute Kraus, CC

Leonard Susskind a kaliforniai Stanford University fizikaprofesszora rájött, hogy tulajdonképpen nincs is paradoxon, mert senki soha nem látja az ön klónját. Anna csak egy példányt lát önből, mint ahogy ön is csak saját magát látja. Ön és Anna sose tudják megbeszélni a dolgot. És nincs olyan harmadik megfigyelő sem, aki egyszerre látná a fekete lyukat kívül-belül. Tehát semmilyen fizikai törvény nem sérül meg. A valóság attól függ, kit kérdezünk, kivéve, ha tudni szeretnénk melyik sztori a valóban igaz.

Léteznek olyan szuperóriás fekete lyukak, amelyek képesek egy egész galaxist is magukba nyelni Forrás: ESO/NASA/JPL

Van az ön valósága és van Anna valósága. 2012-ben négy fizikus, Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joe Polchinski ,és James Sully kitaláltak egy gondolatkísérletet. Susskind megoldása attól függ, hogy minden nem-egyezést ön és Anna közt az eseményhorizont közvetíti. Nem számít, hogy Anna látja-e, hogy ön szétszóródik a Hawking-sugárzásban, mert a horizont megakadályozza, hogy lássa a másik verziót, ahogy ön lebeg a fekete lyukban.

Az információt nem lehet klónozni

De mi lenne, ha volna mód, hogy Anna megtudja, mi van az eseményhorizont másik oldalán, anélkül, hogy átlépné azt? A relativitáselmélet azt mondja, hogy ez tilos, viszont a kvantummechanika a szabályokat elmosódóvá, zavarossá teszi.

Albert Einstein általános relativitáselmélete szerint tilos átlépni az eseményhorizont határát Forrás: Origo

Anna oda osonhat kukucskálni az eseményhorizont mögé, a kísérteties távolhatást felhasználva. Minden részecske csak egyszer fonódhat össze. Mondjuk, Anna megfog egy információdarabot a horizonthoz közel, hívjuk ezt A-nak. Ha Annának van igaza, A összefonódik B-vel, mely a Hawking-felhő forró sugárzásának a része. Ha önnek van igaza, A összefonódik C-vel, ami egy információdarab a fekete lyuk belsejéből. Miután minden információdarab csak egyszer fonódhat össze, az A vagy a B-vel, vagy pedig a C információdarabbal kapcsolódhat össze, mindkettővel azonban nem.

Elméletileg a kísérteties távolhatást felhasználva be lehetne pillantani az eseményhorizont mögé Forrás: Henning Dalhoff/SPL

Anna fogja az információját és beteszi egy számítógépbe, ami dekódolja az összefonódást és megmondja, hogy az A, a B, vagy a C információdarabbal történt-e meg az összekapcsolódás. Ha a C-vel, akkor a kvantummechanikai törvények sérülnek, és ön él.

Az NGC 1275 kialakulóban lévő galaxis. A galaxisok többségének magjában szupernagy fekete lyukak találhatók Forrás: ESA/Hubble

A C darab mélyen a fekete lyukban rejtőzik, ahol elvész az információ Anna számára. Ha a B-vel történik az összekapcsolódás, akkor viszont az általános relativitáselmélet sérül, és ön már nem él.

Egy fekete lyuk anyagot szív el a tárcsillagától (művészi illusztráció) Forrás: Wikimedia Commons

Az általános relativitáselmélet megfigyelő-függő, eszerint az eseményhorizonton át kell lebegnie önnek. Senki sem tudja erre még a pontos választ. Ez a fizika egyik legvitatottabb kérdése. Noha a megoldás ott van Anna gépében, de hogy Anna dekódolja az összefonódást, nos, az különösen hosszú időbe telne.

Mire sikerülne a dekódolás, megsemmisülne a feket lyuk

Két fizikus, Daniel Harlow a New Jersey-i Princeton University egyetemről és Patrick Hayden a Kaliforniabeli Stanford University egyetemről 2013-ban kiszámolták, hogy még a fizikai törvények által lehetővé tett leggyorsabb számítógéppel is rendkívül hosszú időt venne igénybe a helyes válasz dekódolása, ami olyan felfoghatatlanul hosszú időt venne igénybe, hogy mire meglenne a válasz, addig a fekete lyuk már rég elpárologna.

A dekódolás olyan felfoghatatlanul hosszú ideig tartana, hogy közben a fekete lyuk is elpárologna Forrás: NASA/JPL-Caltech

Tehát mindkét sztori egyszerre igaz, és ezért nem sérülhetnek a fizikai törvények. A megoldás a kvantummechanika és a relativitáselmélet kibékítése volna, de ez több mint egy évszázada nem sikerült még senkinek sem.