TUNELE CZASOPRZESTRZENNE (4) - czarne dziury - problemy

TUNELE CZASOPRZESTRZENNE (4) - czarne dziury - problemy

WIZJA ASTRONOMII PLASTYCZNEJ

                                                                                        

Nowozelandzki fizyk pracujący w USA, Roy P. Kerr, w 1963 r. wykazał i odkrył, że czarna dziura wiruje. Zakładając to i fakt, że razem z nią wciągnięte w to zostaną czas, masa i przestrzeń, pozostawając w obrębie tzw. wewnętrznego horyzontu czarnej dziury, można przejść przez swoisty tunel. Tunel ten byłby podobny do leja i stanowiłby, niczym oko cyklonu, miejsce spokojne w tle ekstremalnych zjawisk samej czarnej dziury. Przez niego mógłby przedostać się obiekt do innego miejsca i czasu Wszechświata lub wszechświatów.

          Wirująca czarna dziura opisana przez Roya Kerra ma bardziej złożoną konstrukcję niż czarna dziura Schwarzschilda. Inna to jest geometria - istnieje horyzont zdarzeń (powierzchnia czarnej dziury, po przekroczeniu której nic nie może się wydostać z czarnej dziury i osiągnie osobliwość), ale na zewnątrz niego znajduje się powierzchnia, granica statyczna rozszerzona w płaszczyźnie równika czarnej dziury i styczna w przecięciu z osią czarnej dziury. Czy takie czarne dziury wirujące istnieją?

           Każda gwiazda wiruje (Słońce z okresem obrotu 1 miesiąc) i zgodnie z prawem zachowania momentu pędu, zgodnie z którym pęd po kolapsie ma taką samą wartość, przy malejącym, mniejszym promieniu wirowania zwiększa się aż do znacznych wielkości w przypadku czarnej dziury. Jakie tu zachodzą zjawiska?

          W przypadku czarnych dziur Schwarzschilda wniknięcie w nią skończyłoby sie osiągnięciem osobliwości i unicestwieniem tam obiektu. Przy czarnej dziurze Kerra, jeśli zbliżymy się do niej nie od strony równika a pod pewnym kątem, osiągniemy jej wrota z prędkością mniejszą od prędkości światła i spotkamy tam obszar, w którym działają inne prawa, głównie w formie sił antygrawitacyjnych. Pozostawanie w obrębie środka horyzontu zdarzeń czarnej dziury wiązałoby się z kontaktem z rzeczywistością o innej fizyce, procesach czasowych, materialnych itd. Osobliwość czarnej dziury stanowiłaby tu punkt w przestrzeni, przez który obiekt wydostawałby się przez tzw. białą dziurę, obiekt porównywalny, choć inny w stosunku do czarnej dziury. Teoretycznie możnaby natychmiast w przypadku niektórych odmian czarnych dziur (tzw. naga osobliwość czarnych dziur) dostać się w dowolne miejsce czasu i przestrzeni. Wiele zależy od złożonych procesów w czarnej dziurze. W niektórych przypadkach przy prędkościach mniejszych od prędkości światła, podświetlnych, mógłby utworzony zostać odpowiedni tunel.

          Można tu sobie wyobrazić wiele różnych przebiegów procesów związanych z czarnymi dziurami Kerra. Najpierw, jeśli chodzi o czarne dziury Schwarzschilda, jeśli wprowadzić je w ruch wirowy, zewnętrzny horyzont zdarzeń będzie się zbliżał ku centrum, skąd wyłoni się drugi horyzont zdarzeń, osobliwość przyjmie postać pierścienia i horyzonty wraz ze zwieńczeniem wirowania przemieszczać się będą od i do wnętrza. Przy czarnej dziurze Kerra wprowadzonej w ruch wirowy oba statyczne w niej horyzonty - wewnętrzny i zewnętrzny będą zmierzać do siebie, aż utworzą jeden wspólny. Jest to tzw. ekstremalna czarna dziura.

          Różne warianty przebiegu ruchu obiektów wewnątrz czarnej dziury Kerra opisał w swych modyfikujących diagram Krustala, wykresach, Roger Penrose - tworząc różne przebiegi zjawisk w obrębie czarnej dziury w relacji do otoczenia Wszechświata lub wszechświatów.

          Szczególnym przypadkiem zjawisk związanych z czarnymi dziurami jest sytuacja omijania horyzontu zdarzeń. Na przykład w sąsiedztwie bardzo masywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej niekonieczne byłoby, jak sądzą teoretycy, wchodzenie w tunel czarnej dziury, wystarczyłoby poruszanie się w bliskim sąsiedztwie horyzontu zdarzeń - im bliższe, tym większy byłby zamierzony efekt (jest to jednak niepełne, dylatacyjno-czasowe rozwiązanie problemu).

          Zdawałoby się, że tak jak istnieją różne rodzaje gwiazd, tak są różne rodzaje czarnych dziur. Werner Israel wykazał, że jest inaczej - czarną dziurę określa tylko masa; później to twierdzenie rozszerzono na moment pędu i ładunek elektryczny. Brandon Carter w 1970 r. rozszerzył tę regułę na czarne dziury Kerra.

          Z kolei S. Hawking, analizując procesy zachodzące po wielkim wybuchu, stwierdził w 1970 r., że proces ten był niejednorodny na tyle, że mogły powstać obszary kompresji, w wyniku czego powstały czarne dziury nie związane z zapadaniem się gwiazd (zjawisko to jest istotne dla procesów tuneloprzestrzennych nie związanych z czarnymi dziurami).

          Drugim odgałęzieniem, wyjściem z czarnej dziury, np. Kerra (jeśli jakiś obiekt przeszedłby bez szkód przez osobliwość) byłby obszar podobny do wejścia, zwany białą dziura. Jednak Douglas Eardley wykazał, że we wczesnej historii Wszechświata w pobliżu białych dziur tworzą się czarne dziury blokujące wylot. Zatem czarne dziury Kerra nie mają wyjścia. Czy istnieją czarne dziury Kerra?

          Wydaje się, ze jest to podstawowy rodzaj czarnych dziur. Czy można je zaobserwować? Problem w tym, że czarne dziury słabo się przejawiają ze względu na ich skąpe określenia parametralne, ponadto powstają z rzadszych masywnych gwiazd a promieniowanie związane z nimi krótko jest aktywne. Jednak są dowody na ich istnienie. Są to np. procesy związane z grawitacją i tu ugięcie promieni świetlnych w pobliżu takiej masy, czyli soczewkowanie grawitacyjne świadczyłoby o nich; przy czarnych dziurach tworzone są wykrywalne wiry i leje, po których materia wpada do nich; sama masa przejawiającego się obiektu zdradza, że jest to czarna dziura; zmiany w widmie towarzysza czarnej dziury z układów spektroskopowo podwójnych, pulsacje promieniowania, samo promieniowanie rentgenowskie wywołane przez ruch tarcia materii układu, np. z sąsiedniej gwiazdy (jej wiatru gwiezdnego), w przypadku galaktycznych czarnych dziur będzie to układ prędkości obiektów galaktyki i zwiększenie prędkości gwiazd przy centrum galaktyki - wszystko powyższe może świadczyć o istnieniu czarnych dziur.

          Tymi metodami zidentyfikowano już wielu kandydatów na czarne dziury, np. jako pierwsze były radioźródła Cyg X-1 i SS 433 i wśród galaktycznych czarnych dziur były to np. centrum naszej Galaktyki - Sagittarius A i centra w innych galaktykach, np. M32.

          Wymienione wyżej tunele czasoprzestrzenne, wormhole, są fluktuacjami kwantowymi próżni. W fizyce obejmująca te zjawiska tzw. teoria wszystkiego zakłada hipotezę istnienia tzw. "piany czasoprzestrzennej", w której istnieje, obok powyższych, inny jeszcze rodzaj czarnych dziur - mikroskopijne czarne dziury o wymiarach 10^-33 cm i czasie istnienia 10^-43 s (tzw. parametry Plancka), które spontanicznie zamykają i otwierają takie tworzone tunele. Te czarne minidziury, obiekty mikrokosmiczne są więc z natury niestabilne. Kip Thorne uznawał, że dla ich stabilizacji konieczna jest energia antygrawitacyjna. Wiąże się to z jeszcze innym obszarem fizyki - chodzi o kosmologiczną wielość wszechświatów.

 

Powyższy rysunek autora przedstawia powierzchnię i przyszłą obecność człowieka na księżycu odkrytej planety pozasłonecznej.

Rejon mgieł lodowego księżyca - testy - egzoksiężyc planety HD 10697 B

 

          Materiały źródłowe:

J. von Buttlar, "Podróże w czasie", Amber, Warszawa 1998.

B. Parker, "Kosmiczne podróże w czasie. Odyseja naukowa", Amber, Warszawa 1997.

 

Tagi: hd 10697 b, tunele czasoprzestrzenne