Ovako ludu priču niti jedan čovjek nije imao teoretske šanse zamisliti prije otkrića Einsteina i Hawkinga i još nekih ljudi

Jednom prilikom, u nekoj od epizoda “Teorije Velikog praska”, Penny je, onako kako se pristoji, pitala Leonarda: “Je li, šta ima novog u svijetu fizike?”

“Pa, ništa!”, odgovorio joj je Leonard, otvoreno i iskreno iznenađen, kao da ga je pitala kada je posljednji put doručkovao hrčka u lepinji.

Takav odgovor zbunio bi ogromnu većinu čovječanstva, kamoli tamo neku djevojku, prirodno bistru, ali ipak tako očito poteklu iz pustopoljina Nebraske, i to onog dijela u kojem se u nekoj dobi tinejdžere više poučava kako složiti primitivni laboratorij za “meth”, nego osnovama fizike.

I onda joj je Leonard objasnio da u fizici, na taj način, nema ničeg suštinski novog još od 1930-ih. Osim Teorije struna, naravno. Ali kako ona nije dokazana, najviše što čovjek može očekivati od života je: “Hej, vidi! Moja teorija je logički konzistentna! Jeeeee!”

Rekao je to pomalo gorko. Dovoljno gorko da mu Penny utješno kaže: “Ma sigurna sam da će se stvari popraviti.”

To što je naučnicima uspjelo snimiti crnu rupu nije učinilo nešto baš takvog, ali je smrtno ozbiljno udarilo konačnu potvrdu do sada utvrđenim činjenicama o svemiru, univerzumu i svemu ostalom. I to kako je udarilo potvrdu… Čovjek po prvi put doslovno, vlastitim očima vidi i “horizont događaja” i užarene plinove kako po njemu kolapsiraju iz naše stvarnosti, mnoštvo drugih stvari, konačno, ugledali smo do sada “nevidljivo”, prostor totalne tame promjera 38 milijardi kilometara i mase 6,5 milijardi veće od našeg Sunca.

Jutros ste se ustali i sve se čini kao prije. Ali nije. Svijet čovjeka je suštinski bitno drugačiji nego dva dana prije. A sve to samo tri miliona godina otkako su mali, izgladnjeli, majmunoliki stvorovi u nekoj sprženoj savani na području današnje Kenije po prvi put naučili kako se koristi kamen kao alat. Tri miliona godina poslije njihovi potomci, tek nešto manje majmunoliki nego onda u osvit razvoja racionalnog ljudskog uma, u stanju su postavljati sebi pitanja poput: “Kako bi izgledalo padanje u crnu rupu?”

Ovo je priča o tome.

Najčitanija priča BBC Eartha u 2015. godini bila je ona o objašnjenju sudbine međuzvjezdanog putnika u crnoj rupi. Koliko znače takve situacije za ovu kuću pokazuje to što povremeno iznova objavljuje tako megapopularne sadržaje. Takav je slučaj bio i s pričom Amande Gefter. Pad u crnu rupu mogao bi se dogoditi bilo kome. Možda biste tražili novi naseljivi planet za ljudsku rasu, možda biste naprosto bili na podužem putovanju i onda se “pokliznuli”.

Šta god bilo na stvari, u nekom trenutku svi se nađemo suočeni s davnim pitanjem: što bi nam se dogodilo ako bismo upali u crnu rupu? Možda biste očekivali da vas zgnječi ili rastrga u djeliće. Ali stvarnost je puno čudnija. Istog trenutka čim biste ušli u crnu rupu, stvarnost bi se podijelila na dvoje.

U jednoj, istog trenutka bi vas spržila, u drugom biste stali padati u crnu rupu sasvim nepovrijeđeni. Crna rupa je mjesto gdje se raspadaju zakoni fizike kakve poznajemo. Einstein nam je otkrio da gravitacija zakrivljuje prostor na takav način da se prostor-vrijeme u crnoj rupu zakrivljuje do te mjere da se ona pretvara u rupu kroz samu stvarnost. Iza najmasivnijih zvijezda, nakon što potroše sve svoje gorivo na nuklearnu fuziju, u nekim slučajevima može ostati materija tako nepojmljivo ogromne gustoće da se pod vlastitom masom nastavlja urušavati u sebe da konačno uspijeva zarobiti prostor-vrijeme.

Gravitacijsko polje takvog ostatka zvijezde postaje tako snažno da joj više ne uspijevaju pobjeći čak ni fotoni, odnosno svjetlost, pa područje oko zvijezde ostaje savršeno mračno, odakle i ime takvog astronomskog tijela – crna rupa. Granica takve rupe zove se obzor događaja. Riječ je o području do kojeg je crna rupa svojom gravitacijom u stanju spriječavati svjetlost da joj pobjegne dalje u svemir. Pomakni se samo malo dalje od toga i više ti nema bijega.

Obzor događaja zapravo plamti od energije. I to zato što kvantni efekti na ivici materiju pretvaraju u nepojmljivo silovite struje užarenih čestica koje se isijavaju nazad u svemir. To se naziva još i Hawkingova radijacija, prema fizičaru Stephenu Hawkingu koji ju je svojim teorijskim proračunima predvidio. On je predvidio i to da, ako crnoj rupu damo dovoljno vremena, ona će kroz čudesno ogroman broj milijardi godina naprosto radijacijom isijati svu svoju masu i na kraju nestati.

Kako biste se sve dalje spuštali u crnu rupu, prostor bi postajao sve zakrivljeniji, sve dok u samom središtu ne bi postao beskonačno zakrivljen. To se zove singularitet. U tom trenutku/mjestu vrijeme i prostor prestaju biti smislene ideje, a zakoni fizike kakve poznajemo, jer svi oni ipak iziskuju i prostor i vrijeme, više nisu primjenjivi. Šta se tamo događa, to niko ne zna. Drugi univerzum? Zaborav? To je naprosto tajna. Šta se, dakle, događa ako slučajno upadnete u takvo jedno svemirsko odstupanje? Počnimo tako što ćemo pitati vašu svemirsku saputnicu, nazovimo je Anne, koja u užasu posmatra kako ponirete prema crnoj rupi, dok ona ostaje na sigurnoj udaljenosti.

S mjesta na kojem ona lebdi, stvari počinju izgledati uvrnuto. Dok ubrzavate prema horizontu događaja, Anna vidi da se rastežete i iskrivljujete, kao da vas posmatra kroz divovsku leću povećala. I što ste bliže horizontu, sve više se čini kao da se krećete usporeno. Niste joj u stanju ništa doviknuti, prvenstveno zato što oko vas nema zraka koji bi provodio zvuk, ali biste joj možda mogli svojim mobitelom slati svjetlosne signale Morseovom abecedom. Počinjete joj slati poruku, ali se i tu počinje javljati problem zato što slova i riječi vaše poruke do nje stižu sve sporije, svjetlosni valovi se rastežu do sve nižih i sve crvenijih frekvencija: “U redu, u r e d u,  u    r      e            d…”

A kad napokon stignete do horizonta, same ivice crne rupe, Anna vas vidi kao da ste se smrznuli, kao da je neko stisnuo dugme pauze. Ostajete tamo ukočeni, nepokretni, dok vas ogromna vrućina kojom ste okruženi, počinje gutati. Što se tiče Anne, zbrisani ste razvlačenjem prostora, zaustavljanjem vremena i vatrama Hawkingove radijacije. Odnosno, pretvorili ste se u pepeo i prije nego što ste zakoračili u prostor crne rupe. Ali, prije nego što počnemo planirati vaš sprovod, zaboravimo na trenutak Anne i tu užasnu scenu iz njene perspektive.

Sada se događa nešto još čudnije: ništa. Letite ravno u najzlokobnije prirodno odredište bez najmanje naznake kakvog drmusanja ili poskakivanja, kamoli razvlačenja, usporavanja ili spaljivanja radijacijom. To je zato što ste u slobodnom padu i zato ne osjećate gravitaciju: nešto što je Einstein nazvao “najradosnijom misli”. Konačno, obzor događaja i nije nešto poput ciglenog zida koji lebdi svemirom oko zvijezde. To je objekt perspektive. Posmatrač koji ostaje izvan crne rupe ne može vidjeti preko tog obzora, ali to ionako nije vaš problem.

Što se vas tiče, obzor zapravo i ne postoji. Naravno, ako je crna rupa manja, onda imate problem. Gravitacijska sila će puno snažnije djelovati na vaša stopala nego na vašu glavu, pa će vas razvući poput špageta. A to, naravno, ne donosi dug život. Vi imate sreće pa je riječ o velikoj crnoj rupi, milionima puta masivnijoj od Sunca, tako da je razlika gravitacijskih djelovanja koja bi vas izšpagetirala tako sićušna da je bez problema možete ignorisati.

U stvari, u dovoljno velikoj crnoj rupi mogli biste živjeti prilično normalno tokom ostatka svog života sve dok ne biste umrli u singularnosti. Možda se pitate koliko bi to “normalno” moglo biti doista normalno s obzirom da vas je usisala pukotina u kontinuumu prostor-vremena, bez mogućnosti da se ikad oslobodite i pobjegnete joj?

No, kad o tome razmislite, prisjećate se da se naši osjećaji razvijaju iz iskustva koja se mijenjaju ne s protokom prostora, nego vremena. Vrijeme se uvijek kreće naprijed, nikad nazad, povlači nas protivno našoj volji i time sprečava da se vratimo.

To je samo analogija. Crne rupe zakrivljuju prostor i vrijeme do takvih ekstrema da ispod obzora događaja vrijeme i prostor mijenjaju uloge. Vrijeme doista jest ono što vas vuče prema singularitetu. Ne možete se okrenuti i pobjeći na isti način kao što se ne možete okrenuti i otputovati u prošlost.

Zato, u tom vam se trenutku može dogoditi da se poželite zaustaviti i pitati se: Koji je vrag toj Anne? Ako se već smrzavate u toj crnoj rupi, okruženi ničim neobičnijim od praznog prostora, zašto toliko priča da će vas spržiti radijacija na obzoru događaja? Da možda ne halucinira? A Anne se u stvari ponaša sasvim razumno. Iz njenog ugla gledanja, vi ste doista reš pečeni na obzoru.

To nije iluzija. Ona bi čak mogla prikupiti vaš pepeo i poslati ga porodici. Prirodni zakoni čak insistiraju na tome da iz Anneine perspektive vi ostajete izvan crne rupe. Razlog tome je što kvantna fizika zahtijeva da informacija nikada ne može biti izgubljena. Svaki komadić informacije koji se tiče vašeg postojanja mora ostati najdalje na ivici obzora kako zakoni fizike u kojima živi Anne ne bi bili prekršeni.

S druge strane, zakoni fizike zahtijevaju i to da vi slobodno projedrite kroz obzor bez da biste iskusili da se pretvarate u užarene čestice ili bilo šta neobično. U suprotnom biste prekršili Einsteinovu sretnu misao i njegovu opću teoriju relativnosti. Tako da zakoni fizike zahtijevaju da se nalazite i izvan crne rupe kao hrpa pepela i unutar crne rupe živi i zdravi.

Ne manje važno, postoji i takav zakon fizike koji kaže da se informacija ne može klonirati, da iz ničega ne može nastati nešto. Posljedično morate biti na dva mjesta, ali mora postojati samo jedna kopija vas. Zakoni fizike uspijevaju nas usmjeriti prema zaključku koji se čini nerazuman. Fizičari to nazivaju razbješnjujućom zagonetkom “paradoksa informacije crne rupe”. Srećom, pa su u 90-ima uspjeli pronaći način za razriješiti je.

Leonard Susskind je shvatio da paradoks ne postoji, jer vas ni jedna osoba ne vidi kloniranog. Anne vidi samo jednu vašu kopiju. Vi vidite samo drugu vašu kopiju. A vi i Anne nikada nećete moći te dvije kopije uporediti. I ne postoji nikakav treći posmatrač koji bi mogao u isto vrijeme vidjeti i unutrašnjost i vanjštinu crne rupe. Tako da nijedan zakon fizike nije prekršen.

Osim ako ne zahtijevate saznati koja priča je stvarna. Odnosno, jeste li u stvarnosti umrli ili ste ostali živi. Velika tajna koju su nam crne rupe otkrile je da to ne postoji. Stvarnost postoji u ovisnosti koga pitate. Postoji vaša stvarnost, postoji Anneina stvarnost. Tačka. U stvari, umalo. U ljeto 2012. fizičari Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joe Polchinski i James Sully, grupno poznati kao AMPS, smislili su misaoni eksperiment koji je zaprijetio uzdrmati sve što smo mislili da znamo o crnim rupama. Oni su shvatili da Susskindovo rješenje ovisi o činjenici da između svakog neslaganja između vas i Anne stoji obzor događaja.

Nije važno to što Anne vidi nesretnu verziju kako vas uništava Hawkingova radijacija, jer joj obzor priječi da vidi drugu verziju vas kako lebdite unutar crne rupe. Ali, šta ako bi ipak postojao način da ona ugleda šta se krije s druge strane obzora, bez da ga i prijeđe? Obična relativnost za takvo šta ne bi htjela ni čuti, ali zato kvantna mehanika stvari ponešto zamućuje. Anne bi mogla ipak virnuti iza obzora, koristeći mali trik koji je Einstein nazvao “sablasna akcija s razdaljine”. To se događa kad par čestica koje razdvojimo, u svemiru ostaju misteriozno “isprepletene”.

One su dio jedne, nedjeljive cjeline, tako da informacija koja je potrebna za opisati ih, ne može nastati u nijednoj od te dvije čestice ponaosob, nego samo kroz sablasnu vezu između njih dvije. E, pa ideja AMPS funkcionira na takav neki način. Recimo da Anne ugrabi jednu takvu informaciju u blizini obzora, nazovimo je A. Ukoliko je njena priča u redu i vi ste osuđeni na to da vas uništi Hawkingova radijacija izvan crne rupe, onda A mora biti isprepletena s drugačijom informacijom, B, koja je također dio vrelog oblaka radijacije. S druge strane, ako je vaša priča tačna, pa ste živi i zdravi s druge strane obzora događaja, onda A mora biti isprepletena s drugačijom informacijom, C, koja je negdje unutar crne rupe. I tu je poenta: svaka informacija može biti isprepletena samo jednom. A to znači da A može biti isprepletena samo s B ili s C, nipošto s oboje.

Anne zato uzima svoj bit informacije, A, propušta ga kroz svoj priručni stroj za dekodiranje isprepletenosti koji nam ispljune odgovor: ili B ili C. Ako je odgovor C, onda pobjeđuje vaša priča, ali su prekršeni zakoni kvantne mehanike. Ako je A isprepleten s C, što je duboko unutar crne rupe, onda je taj dio informacije za Anne zauvijek izgubljen, jer kvantni zakon kaže da informacija nikad ne može biti izgubljena. To onda ostavlja B. Ako njoj iz njenog stroja ispadne da je A isprepleteno s B, onda Anne pobjeđuje, ali zato gubi opća teorija relativnosti.

Kvaka je u tome da u slučaju A i B Anneina je priča istinita, vas sprži radijacija na obzoru, ali to onda znači da se ne događa ono što predviđa opća teorija relativnosti, da ćete bez problema proći preko obzora događaja, a ne da ćete se sudariti s plamtećim zidom. Koja je priča, dakle, istinita? To niko ne zna i to pitanje postalo je jedan od glavnih izvora svađa, pravih pravcatih, oko temelja fizike.

Fizika je potrošila više od jednog stoljeća pokušavajući pomiriti opću relativnost s kvantnom mehanikom, svjesna da bi jedna od njih dvije moguće morala odustati. Odgovor na paradoks vatrenog zida trebao bi nas uputiti na otvaranje još dublje teorije univerzuma. Jedan trag mogao bi se kriti u Anneinom stroju za dekodiranje. Doznavanje koji drugi bit informacije je isprepleten s informacijom A izvanredno je komplikovan problem.

Tako da su fizičari Daniel Harlow sa Univerziteta Princeton u New Jerseyju i Patrick Hayden sad sa Univerziteta Stanford u Kaliforniji, u nekom trenutku stali ispitivati koliko bi to rješavanje moglo trajati. 2013. godine izračunali su da, čak i uz najbrže kompjutere koje bi dopustili fizički zakoni, Anne bi trebalo izuzetno dugo vrijeme za dekodiranje isprepletenosti.

Dok bi ona uspjela izračunati odgovor, crna rupa bi već odavno isparila, nestala bi iz univerzuma i s time bi nestala i prijetnja vatrenog zida. Ako je to slučaj, ispada da naprosto sama kompleksnost problema sprečava Anne da ikad sazna koja je priča stvarna. Takav ishod ostavlja obje priče simultano istinite, stvarnost ostaje intrigantno ovisna o gledištu posmatrača, svi zakoni fizike netaknuti i niko se ne nalazi doista u opasnosti da naleti na zid vatre. A to fizici daje još nešto za razmisliti: mučna veza između složenih izračuna i vrijeme-prostora. To svejedno može otvoriti vrata nečemu, i to nečemu o crnim rupama.

One nisu tek puke gnjavatorske prepreke za svemirske putnike. One su također teorijski laboratoriji koji uzimaju najsuptilnije činjenice u zakonima fizike i potom ih pojačavaju do takvih proporcija da ih se ne može ignorisati. Ako prava priroda stvarnosti leži negdje drugo, najbolje mjesto za promotriti je crna rupa. To je vjerovatno najbolje mjesto za pogledati izvana, u stvari, barem dok se ne zaključi prepreka u vidu tog vatrenog zida. Ili da se unutra pošalje Anne. Jer sad je ionako već red na nju. (Express.hr)