Oszd el a végtelent nullával: a fekete lyuk peremén

A matematika órán mindegyikünkbe jól beleverték: a nullával való osztás NEM értelmezhető, nincs értelme, nincs eredménye… legalábbis, attól függ, hol végzed el ezt az osztást.

Mi itt a Földön jól tudjuk, a nullával osztás értelmezhetetlen, eredmény nélküli dolog. Szokás is viccesen mondani: a fekete lyuk az a hely, ahol Isten (vagy Chuck Norris) nullával osztott.

A vicc lényege, hogy tudjuk: a nullával való osztásnak – a logikusnak tűnő gondolat ellenére – eredménye egyáltalán nem a ködös “végtelen“. Nincs eredménye – nincs értelme: olyan, mintha a vágjuk fel a tortát felvetésre valaki megérdeklődné, hogy ugyan mivel, mire azt felelnénk: semmivel.

Oké, mondaná erre a delikvens, semmivel fogom elvágni a tortát. Azaz nem történik SEMMI.

Kivéve, ha egy fekete lyuk eseményhorizontjában készülünk szülinapot ünnepelni. Ugyanis bár feltételezzük, hogy a fekete lyukak eseményhorizontján is működik ugyanaz a fizika, amit mi ismerünk, a vonzás törvényei állnak, van tömeg, súly, sebesség.

De akár igaz ott is a fizikánk törvényrendszere, akár nem – a számok az egyenletekben megváltoznak, és annyira megváltoznak, hogy a végtelenül nagy számok nullával osztása is értelmet nyer…

De honnan is ered ez a szemöldökfelvonós tény? Micsoda pontosan egy fekete lyuk?

Mindenki tudja, hogy jelenlegi elképzeléseink szerint hogy keletkezik egy fekete lyuk: adott egy viszonylag méretes csillag, amely elöregedik, és ún. szupernóvává alakul, azaz kozmikus mértékű kataklizma szinten kvázi felrobban, ledobja, és szédítő sebességgel kilövi a világűrbe külső rétegeit. A folyamat egy rendkívül érdekes része a fény nyomásához köthető (mert hogy van neki): amikor a mag már olyan sűrű, hogy gravitációs vonzása rendkívül erős, a saját maga által kibocsátott fény nyomása már nem nyomja kifelé a csillagból a külső rétegeket, hanem azok a belsőkre zuhannak…

Egy szó, mint száz, megtörténik a katasztrófa, a szupernóva akkorát robban, hogy fényévekkel arrébb is leradírozza a bolygók felszínéről az életet (ha van rajta) a komplett légkörrel együtt, a fennmaradó objektum gravitációja azonban még mindig annyira erős marad a jelentős tömegvesztés után is, hogy egyre tömörebb és tömörebb lesz – tömegvonzása pedig még mindig nő így. Végül ez a gravitációs erő akkora lesz, hogy még a fény sem tud megszökni előle – kialakul egy sötét lyuk a tér és idő szövedékében.

A szingularitás küszöbén – könyv egy másfajta szingularitásról

Maga a fekete lyuk kifejezés John Archibald Wheeler szóalkotása, aki az általános relativitáselméleten dolgozott a gravitáció-összeomlás kapcsán. De nem ő, és még csak nem is Einstein volt az, aki a fekete lyukak létét először “megjósolta”: John Michell és Pierre-Simon Laplace elmélete szerint létezhetnek olyan nagy tömegű objektumok, amik elől a fény sem menekülhet – ők pedig az 1700-as években alkották meg teóriájukat!

Einstein általános relativitáselmélete adta meg a számokat, melyek alapján ezeknek a rendkívül furcsa objektumoknak a léte bizonyítottá vált. 1916-ban Karl Schwarzschild írta le elsőként igen alaposan az elméletre hivatkozva a fekete lyukakat, róla is kapta a nevét az ún. Schwarzschild-rádiusz. Ez egy objektum közepéből induló sugár, amelyen belül egy tetszőleges atomnak is akár a fénysebességnél gyorsabban kellene haladnia ahhoz, hogy áttörhessen a sugáron és megszökhessen, míg a sugár vonalán konkrétan a fény sebessége a szökéshez szükséges sebesség. A rádiuszon belül pedig végtelen sűrűségűvé válik minden és fekete lyukká válik. A Schwarzschild-sugarat eseményhorizontnak is nevezik.

Azaz: tulajdonképpen bármiből készíthető fekete lyuk, a lényeg az, hogy az adott objektumot akkorára kell összenyomni, mint a Schwarzschild rádiusza, vagy annál kisebbre. A Nap esetében ez kb. 2 mérföld – ha a TELJES tömegét sikerülne összenyomni ekkorára vagy ennél kisebbre, a Nap fekete lyukká válna. A Föld esetében ez 9 mm.

A Föld teljes tömege egy 9 mm sugarú körben. Ezt elképzelni tessék.

Persze semmit nem ismerünk, ami ezt elő tudná idézni, kivéve a már leírt gigantikus csillagok saját magukat önmagukba szippantó gravitációját.

Az eseményhorizontot átlépve a fizikai-matematikai törvényszerűségek kezdenek furcsán viselkedni, érvénytelenné válni, de a legfurcsább akkor is a fekete lyuk közepe – az ún. szingularitás. A szingularitás tulajdonképpen valamiféle önmagába újra és újra visszakanyarodó téridő-pont, egy végtelenszer önmagába gyűrt pont a tér és idő hálójában. Itt az általunk ismert (vagy elképzelt) fizika törvényszerűségei és axiómái értelmüket vesztik. Szerencsétlenségünkre (vagy szerencsénkre?) egy ilyen szingularitást nem lehet megfigyelni, mert a Schwarzschild-rádiuszon semmiféle eszköz nem tud átnézni. A szingularitással kapcsolatos legfurcsább elmélet azonban az, hogy minden ismeretünk szerint létezhetnek ún. meztelen szingularitások: eseményhorizont nélküli, végtelenszer önmagukba csavarodó pontok a téridő hálójában, melyeknek nincs kolosszális tömege, azaz körülöttük nincs Schwarzschild-rádiusz – tehát megfigyelhetők.

Hát, még senki sem figyelt meg egyet sem. Kíváncsian várjuk az elsőt!

Hogy átlépve a Schwarzschild-sugarat mi történik – lehet, hogy örök rejtély marad, mivel információt kiküldeni onnan bentről, jelenlegi ismereteink alapján teljességgel lehetetlen. Tippelni lehet, a tipp pedig az, hogy a szingularitás és az eseményhorizont között működik az általunk ismert fizika és az egyenlőségek is nagyjából állnak. Csakhogy a számítások alapján ezek a törvényszerűségek máshogy működnek, mint idekint – például értelmet nyer a nullával osztás egy egyenletben.

Mivel a fény nem szökik meg a fekete lyukak elől, más módszerekkel kell “látnunk” őket. A tudósok megfigyelik a látható anyag áramlását, röntgen-sugarakat fognak be, gravitációs lencséket alkalmaznak, és figyelik a látható anyag és a láthatatlan fekete lyuk közti interakciókat.

A legérdekesebb, de nagyon is logikus tények egyike pedig nem más, mint hogyha kicserélnénk most a Napot egy ugyanolyan tömegű fekete lyukra – a Föld nem hullana bele. Ugyanis a tömegvonzó ereje nem a fekete lyuk-mivoltából fakad, hanem az abban a fekete lyukban “tárolt” tömegétől. Egy Nap tömegű fekete lyuk nem vonz jobban, mint egy Nap. Persze, ha a Napot lecserélnénk egy fekete lyukra, az a földi élet szempontjából nagyon szerencsétlen dolog lenne (például napfény nélkül kicsit nehéz, na).

Kedves galaktika.hu olvasó! Most egy ajándék e-novellával köszönjük meg, hogy meglátogattad honlapunkat. Ehhez az alábbi linken férsz hozzá:

http://galaktikabolt.hu/termek/szini_gyula_az_uvegkiraly_ket_feje.html

Hogyan tudod megszerezni? Rövid regisztráció után kosárba teszed az e-novellát, majd amikor véglegesíted vásárlásodat, a “KUPON” részbe írd be ezt az exkluzív kódot: olvaso4

Ezután a novella ára levonódik a vásárlásodból, majd a “Személyes átvétel” fizetési opciót választva megrendeled a terméket, s már csak annyi dolgod van, hogy megvárod, amíg kollégánk engedélyezi a letöltést – és máris olvashatod az ajándék novellát!

fromquarkstoquazars nyomán