2020-06-06 nap bejegyzései

(3214) Gondolatok a fekete lyuk körül

Tibor bá’ fordítása online

 

A fekete lyuk ötletét Newton követői elvetették, Einstein utálta, Hawking pedig imádta. – Írja könyvében Marcia Bartusiak(balra).

Kinek ne lennének kedvencei a fekete lyukak? A természettudományok panteonjának misztikus teremtményei, amelyek fontos szerepet kaptak az időgépekben, más univerzumok kapuját képezték, és a bébi univerzumoknak adta életet. Manapság aligha lehet kinyitni egy természettudományos magazint úgy, hogy ne találjunk benne valami szikrázóan csodálatosat, ami a fekete lyukakhoz köthető. Például, ez év márciusában a Physics World-ben egy elméleti fizikus Princetonból előállt egy ötlettel, ami szerint idegen civilizációk iszonyatosan nagy méretű gyorsítóként fekete lyukakat használhatnak fel olyan neutrínó sugárnyaláb előállítására, ami itt a földön érzékelhető lenne. Éppen ezért felhívást intézet azokhoz a csillagászokhoz, akik földönkívüli élet után kutatnak, hogy kezdjenek el figyelni neutrínó sugárzásra.

Viszont a fizika nem volt mindig szerelmes a fekete lyukba. Marcia Bartusiak ragyogó könyvében bemutatja, hogy a fizikusok évtizedeken keresztül foggal-körömmel tiltakoztak a koncepció ellen. Említsük meg, hogy amikor Stephen Hawking első alkalommal közzétette elképzelését, ami szerint a már széles kőrben elfogadott tézisnek megfelelően a fekete lyukak sugárzanak, a fizikusok tömegesen fejezték ki hitetlenkedésüket. Amikor Hawking 1974-ben, első alkalommal jelentette be felfedezését az Oxfordhoz közel eső Rutherford Laboratóriumban, az értekezést levezető ülnök a következő szavakkal zárta az összejövetelt „sajnálom Stephen, de ez abszolút hülyeség volt”.

E szellemes könyv egyik felvillanyozó részlete annak ismertetése, hogy az idők folyamán hányféle képen próbálták a fizikusok elutasítani a fekete lyukak létezését. Maga Einstein, a legbátrabb gondolkodó se tartotta elfogadhatónak. 1939-ben írt egy tanulmányt, amiben megpróbálta bizonyítani a fekete lyukak létezésének lehetetlenségét. Miközben manapság az emberek zöme a fekete  lyukat Einsteinnel és az általános relativitással asszociálja, mely utóbbinak az idén van a századik évfordulója. Viszont a fekete lyuk elképzelése időben visszamegy a XVIII. századig, és két tudós nevéhez fűződik. Az egyik volt Pierre-Simon de Laplace a francia matematikus, aki kijelentette, hogy nincs szükség Istenre a kozmikus rendszer megmagyarázásához. A természet matematikai törvényei elégségesek. A Laplace-t is megelőző tudós a ma már ismeretlen, angol John Michell volt, 1783-ban.

Michell akkor élt, amikor úgy gondolták, hogy a fény apró részecskék tömegéből áll, amit Newton korpuszkulumnak nevezett el. Michell úgy gondolta, hogy ezen részecskék áradata eltávozik egy csillagtól bele az űrbe, de ahogy a levegőbe feldobott labdát visszahúz a Föld, ugyanúgy a fényrészecskéket a gravitáció is vonzza és lelassítja. Amennyiben a gravitációs erő elég nagy a szökési sebesség meghaladhatja a fénysebességet, és így a fényrészecskét teljes mértékben visszahúzza. Ha pedig egyetlen korpuszkulum se tudja elhagyni a csillagot, akkor örökké láthatatlan marad.

Mitchell és Laplace a Newtoni keretek között gondolkodott, de az általános relativitás a „sötét csillagok” számára elméleti alapokkal szolgált. Az általános relativitás szerint magának a térnek van struktúrája. Ezt úgy kell elképzelni, mint egy hatalmas trambulint (ugrószőnyeget) csak négy dimenzióban. (A relativitásban az idő úgy működik, mint egy másik térdimenzió, tehát így összességében négy dimenzió van, amit téridőnek ismerünk). Ahogy egy ugrószőnyeg megnyúlik és begörbül, ha rárakunk egy kugligolyót, ugyanúgy Einstein elmélete szerint hatalmas tömeg, mint például a Nap, begörbíti a téridő anyagát. Amennyiben a kugligolyó elég sűrű és elég nehéz átlyukasztja az ugrószőnyegen. Az általános relativitás szerint ez történik akkor, amikor egy csillag elég sűrű ahhoz, hogy lyukat üssön a téridőben.

Úgy tűnik az egyenletek szerint, amennyiben egy csillag elér egy bizonyos sűrűséget, az anyaga ténylegesen eltűnik a Világmindenségből. Ráadásul egy szörnyű lyuk, vagy szingularitás elbújik az ismerhetőség szférájában, amit mi esemény horizontnak nevezünk – vagy, ahogy a franciák nevezik, katasztrófa szférában. Sir Arthur Eddigton, angol fizikust, aki a legelső kísérletet vezette az általános relativitás által előre jelezettek bizonyítására, annyira levették a lábáról ezek a kozmikus lyukak, hogy az 1935-ben tartott Királyi Asztronómiai Társaság ülésén kijelentette, kellene lenni egy természeti törvénynek, ami megakadályozza, hogy egy csillag ilyen abszurd állapotba kerüljön.

Bartusiak rávilágít, hogy fél évszázadon keresztül a fizikusok többsége a fekete lyukak mindössze matematikai találmánynak fogta fel, és hit valamilyen fizikai folyamatban, ami a végén közbe fog lépni, hogy ez a valóságban bekövetkezhessen. A konkrét bizonyításhoz szükség volt megteremteni a rádió-csillagászatot és a röntgen-csillagászatot, hogy az orosz kifejezéssel élve a „lefagyott csillagok” nem csak léteznek, de a távoli kozmoszban „mindennaposak”. Bartusiak szerint „Majdnem minden teljesen kifejlődött galaxis középpontjában található egy fekete lyuk. Úgy tűnik, hogy a galaxisok létezése függ tőle.”

Meg kell jegyezni, hogy Bartusiak, az „úgy tűnik” kifejezést használja, jó lehet, igen sok közvetett bizonyíték van a fekete lyukak létezésére, de közvetlen bizonyíték mind a ma napig nincs. Ez viszont sokáig nem fog magára váratni amennyiben a fizikusok erre a célra épített berendezések egyikében detektálni fogják azokat a gravitációs hullámokat, amiknek az emittálását az elmélet megjósolta.

Az elmúlt száz év alatt a fekete lyukak nagyban segítették a kozmosszal kapcsolatos alapvető ismereteinknek az átformálást. Míg a Newtoni univerzum statikus volt, az Einsteini univerzum dinamikus, változó és meglepően aktív. Ebből a könyvből oly szépen kiderül, hogy maga az elméleti fizika is egy dinamikusan evolválódó terület. A kozmoszban a fekete lyukak az anyagot mohón nyelik el, összeütköznek és felrobbannak, miközben hatalmas energia kötegeket lövellnek ki. A fizika tanszéken pedig intellektuális óriások ütköznek, darabokra tépik egymás ötleteit és dühkitöréseket lövellnek ki. A könyvben bemutatott csillagok megtalálhatok az égen és az előadótermekben egyaránt. Egyik helyen se lehet elképzelni vitatottabb vagy élvezhetőbb dolgot, mint a tudományos nyomozás.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Éljetek a lehetőségekkel!