Karolina Głowacka: Czy czarne dziury są naprawdę dziurami?

prof. Jean-Pierre Lasota : Jeśli pyta pani, czy są dziurami w przestrzeni, to powiem, że nie. Ale czy powiedziałaby pani, że studnia to jest dziura?

Częściowo...

- No więc właśnie. Czarna dziura jest dziurą częściowo, jest taką studnią w czasoprzestrzeni.

Ale do studni można wpaść tylko z jednej strony, a czarna dziura nie ma przodu, tyłu czy boków.

- Zgadzam się, nie ma studni sferycznych. A czarne dziury są kulami, choć jeśli obracają się, to są kulami spłaszczonymi. Tylko trzeba pamiętać, że tam nie ma nic materialnego. Czarna dziura to jest miejsce, do którego można wpaść z każdej strony. Bardzo trudno to sobie wyobrazić w przestrzeni trójwymiarowej, dlatego dla uproszczenia czarne dziury przedstawia się schematycznie właśnie jak studnie.

A co jest w środku?

-  Zapadająca się przestrzeń. Po wpadnięciu w czarną dziurę nie można zostać w miejscu, wszystko leci ku środkowi, łącznie z samą przestrzenią. Kanadyjski fizyk William Unruh porównuje to do wodospadu.

Co stałoby się ze mną, gdybym wpadła do takiego wodospadu?

- To zależy od masy czarnej dziury. Oddziaływałyby na panią siły pływowe – te same, które powodują przypływy i odpływy mórz na Ziemi. Przy niezbyt masywnej czarnej dziurze byłyby tak silne, że by panią ściskały i rozciągały, a w końcu rozerwały. Te siły działają już przed wpadnięciem do tego wodospadu.

Przy supermasywnej czarnej dziurze siły pływowe są malutkie. Można do niej wpaść i nawet tego nie zauważyć. A pod horyzontem zdarzeń – tak nazywamy czasoprzestrzenną powierzchnię czarnej dziury – już się tylko spada. Spadałaby pani razem z przestrzenią, nie mogąc się ani zatrzymać, ani zawrócić, aż w końcu – gdyby to była nieobracająca się czarna dziura – niestety rozbiłaby się pani na tak zwanej osobliwości.

To dno czarnej dziury?

- Można tak powiedzieć. Osobliwość to termin matematyczny, który się czasem kojarzy z tym, że coś jest osobliwe, dziwne. To nie o to chodzi.

Osobliwość to miejsce w rozwiązaniu równań matematycznych, w którym to rozwiązanie przestaje mieć sens, bo wielkości, które opisuje, stają się nieskończone. Na przykład gęstość, ciśnienie, siły pływowe – wszystko to staje się nieskończone. To znaczy, że teoria, której używamy do opisu czarnej dziury, przestaje działać.

Czyli nie wiemy, co tam jest?

- Nie wiemy. Przypuszczalnie pojawiają się tam efekty kwantowej grawitacji, której nie potrafimy opisać za pomocą teorii. Ale w zasadzie już w pobliżu osobliwości siły pływowe stają się prawie nieskończone, więc zanim by pani dotarła do tego dna, to i tak by panią rozerwało na strzępy.

Nie miałabym żadnych szans?

- Jeżeli czarna dziura obraca się, to z rozwiązań równań wynika – nikt tego nigdy nie sprawdzi – że można nie wpaść do osobliwości, bo ma ona kształt pierścienia. Można by przelecieć przez jego środek i trafić do innego wszechświata. Kłopot polega na tym, że gdyby pani do niego wleciała, zawaliłby się.

Jak to możliwe?

- Proszę pamiętać, że cały czas mówimy o matematycznych rozważaniach. Takie zawalenie się wynika z tego, że mamy tu do czynienia z niestabilnymi rozwiązaniami równań. Opisują one pewną idealną sytuację, w której najmniejsza zmiana powoduje zupełne rozjechanie się. Najlepszym przykładem jest kulka położona na szczycie półkuli. Wystarczy ją potrącić, a spadnie i już nie wróci.

Czy taka czarna dziura z osobliwością w kształcie pierścienia byłaby czymś w rodzaju tunelu czasoprzestrzennego?

- Proszę sobie jeszcze raz wyobrazić czarną dziurę jako studnię. Otóż z matematycznego punktu widzenia możliwa jest sytuacja, w której z drugiej strony, połączona dnem, istnieje taka druga studnia.