Crna rupa

Postojanje crne rupe bi moglo opovrći sve što znamo o realnom svijetu: ona svojom velikom gustoćom izobličava vrijeme i prostor, a možda je i karika koja bi nas mogla povezati s nekim drugim univerzumom.
Crna rupa je otvor u svemiru koji je zbog kolapsa gravitacije nastao u univerzumu; zona koja guta materiju i iz koje ništa ne može izići, pa čak ni svjetlo. U crnoj rupi ne postoje prostorne dimenzije gore ili dolje, desno ili lijevo. Vrijeme i prostor se pretaču jedno u drugo. Vrijeme na Zemlji nezadrživo teče. Kad bi neki astronaut pao u crnu rupu, beskonačnost bi ga usisala i on bi bio istrgnut iz realnog postojanja. Oko crne rupe postoji žlijeb promjera nekoliko kilometara u kojem nema prostorne dimenzije. Ovdje je gravitacija jača nego bilo gdje u svemiru. Ništa ne može umaknuti njezinoj velikoj sili. Za teoriju o crnim rupama kao i za dokaz njihova postojanja možemo zahvaliti istraživanjima dvadesetog stoljeća.

No, glavni izvor za istraživanje crnih rupa je Einsteinova teorija relativnosti. U svojoj »Općoj teoriji relativnosti« (1916) on Newtonovu teoriju gravitacije zamjenjuje sasvim novom tezom o »zakrivljenju« prostora i vremena. Mjerenja i eksperimenti koji su uslijedili potvrdili su Einsteinovu zamisao i pružili još jedan dokaz za postojanje crnih rupa. Astronomi su sada vjerovali da na osnovi Einsteinove predodžbe o svemiru mogu izračunati put u crnu rupu. Nekoliko mjeseci nakon objavljivanja teorije relativnosti njemački astronom Karl Schwarzschild je na osnovi Einsteinove jednadžbe opisao crnu rupu. Ali u to vrijeme još nitko nije mogao zamisliti tako snažnu gravitaciju o kakvoj je govorio Schwarzschild. Njegovi proračuni su pali u zaborav. No, 1939. su američki fizičari J. Robert Oppenheimer (»otac atomske bombe«) i H. Snyder zaključili da crna rupa nastaje prilikom implozije neke zvijezde. Postojanje crnih rupa se još uvijek nije shvaćalo. Kako bi bilo moguće otkriti male crne objekte na udaljenosti od nekoliko milijuna kilometara ? Teorija o crnim rupama dosegla je mrtvu točku. No, onda su 60-tih i 70-tih godina uz pomoć novih instrumenata radio-astronomije na krajnjem rubu univer-zuma otkriveni čudni objekti koji su iz temelja preokrenuli dotadašnje znanstvene spoznaje. Znanstvenici su se sada ponovno sjetili sporne crne rupe.
Rentgenskim zrakama su otkrivena tijela koja su zadržavala svjetlo i imala visoko zračenje. Sama crna rupa, doduše, ne može zračiti, ali privlači plinove koji se gibaju oko otvora prije nego što ih usiše. Plin se uslijed blizine crne rupe zagrijava i uz pomoć te energije nastaje zračenje. Neki izvori zračenja vjerojatno imaju crne rupe, koje susjednoj zvijezdi oduzimaju plin. Te kvazi zvijezde se smatraju divovskim rupama koje love plin u centru cijele zvjezdane galaksije. Schwarzschild je vjerovao da su crne rupe statična nebeska tijela. No, činjenica je da sve prave zvijezde rotiraju i da bi se nakon pretvaranja u crnu rupu morale okretati još brže.

Postojanje crnih rupa je dokazano. A zvijezde nisu vječne, nego na kraju svog postojanja kolapsiraju u crnu rupu.

Pojednostavljena teorija relativnosti

Pretpostavimo da letite u avionu koji se giba brzinom od 800 km/h, a ususret vam dolazi drugi avion koji se giba istom brzi-nom. Koliko vremena će vam trebati da se približite jedan drugome? Drugim riječima : kolika je vaša relativna brzina ? Dovoljno je da zbrojimo brzine i dobit ćemo rezultat od 1.600 km/h. A sad pretpostavimo da se nalazite u svemirskom brodu koji se s 0,75 brzine svjetlosti približava nekoj zvijezdi. Kojom brzinom stiže do vas svjetlost zvijezde? Na prvi pogled bi se navela brzina dobivena zbrajanjem brzine svjetlosti i brzine broda, a to je 1,75 brzine svjetlosti. U stvarnosti je pak ta brzina opet samo brzina svjetlosti, to jest 300.000 km/s.

Taj naizgled paradoksalni rezultat objašnjava Einsteinova specijalna teorija relativnosti iz 1905. god. Ona kazuje da je brzina svjetlosti konstantna, neovisno o brzini izvora svjetlosti, odnosno brzini kojom mu se približavamo. Kazaljke na satovima se sporije pomiču. No, s povećanjem brzine se ne usporavaju samo satovi, već i vrijeme stvarno sporije prolazi. Kad bi se svemirski brod gibao dovoljno velikom brzinom, moglo bi se dogoditi da na Zemlji prođe nekoliko godina, dok bi put u svemirskom brodu trajao tek nekoliko mjeseci. Tako bi teoretski bilo moguće da roditelji postanu mlađi od vlastite djece. U specijalnoj teoriji relativnosti Einstein govori o svom poimanju prostora i vremena te uz tri poznate prostorne dimenzije uvodi novu vremensku dimenziju pa sve zajedno naziva »prostor-vrijeme«. Ta nova četverodimenzionalnost igra važnu ulogu u njegovoj teoriji gravitacije.

Einstein je 1915. god. objavio opću teoriju relativnosti, u kojoj se gravitacija ne definira kao privlačna sila između dvaju tijela, već kao sastavni dio prostora i vremena. Zamislimo elastičnu gumenu površinu razapetu preko drvenog okvira. Na njoj leže lopte različite veličine i težine. Svaka će utonuti u strunjaču ovisno o svojoj veličini i težini. Ako strunjačom zakotrljamo manju loptu, nju će privući jedna od težih lopti, u čije će se udubljenje ukotrljati. To je princip teorije relativnosti: Materija zakrivljuje prostor-vrijeme, koje sa svoje strane isto tako utječe na ponašanje materije. Prostor-vrijeme je u principu ravno, no u blizini većih masa se zakrivljuje i ne utječe tako samo na gibanje manjih masa, već i na vrijeme.

Opća teorija relativnosti kazuje da povećanjem gravitacije i vrijeme sporije prolazi. Znanstvenici su 1960. god. izradili jedan vrlo točan sat koji je potvrdio Einsteinovu teoriju. Ako uzmemo dva identična sata, uskladimo njihove kazaljke i jedan stavimo u prizemlje, a drugi na najviši kat nebodera, opazit ćemo da se kazaljke sata na najvišem katu sporije pomiču, jer je njegovo prostorno-vremensko područje jače zakrivljeno zbog gravitacije. Zamislimo da smo na onu gumenu plohu stavili malenu, ali vrlo tešku kuglicu, tako da se guma može uleknuti do krajnjih granica, ali da se pritom ne razdere. To je sva tajna crne rupe.