Så der er du, i ferd med å hoppe inn i et svart hull. Hva kan muligens vente bør du - mot alle odds - på en eller annen måte overleve? Hvor ville du havnet, og hvilke fristende historier ville du vært i stand til å regale om hvis du klarte å skremme deg tilbake?
Det enkle svaret på alle disse spørsmålene er, som professor Richard Massey forklarer, "Hvem vet?" Som stipendiat fra Royal Society ved Institute for Computational Cosmology ved Durham University, er Massey fullstendig klar over at mysteriene rundt sorte hull renner dypt. "Å falle gjennom en hendelseshorisont passerer bokstavelig talt utenfor sløret - når noen faller forbi det, kunne ingen noen gang sende en melding tilbake," sa han. "De ville bli dratt i stykker av den enorme tyngdekraften, så jeg tviler på at noen som faller gjennom vil komme hvor som helst."
Hvis det høres ut som et skuffende - og smertefullt - svar, er det å forvente. Helt siden Albert Einsteins generelle relativitetsteori ble ansett for å ha spådd svarte hull ved å koble romtid med tyngdekraften, har det vært kjent at sorte hull skyldes døden av en massiv stjerne som etterlater seg en liten, tett restkjerne. Forutsatt at denne kjernen har mer enn omtrent tre ganger solenes masse, ville tyngdekraften overvelde i en slik grad at den vil falle inn på seg selv til et enkelt punkt, eller enestående, forstått som det sorte hullets uendelig tette kjerne.
Det resulterende ubeboelige sorte hullet ville ha et så kraftig gravitasjonstrekk at ikke engang lys kunne unngå det. Skulle du da befinne deg ved hendelseshorisonten - det punktet der lys og materie bare kan passere innover, som foreslått av den tyske astronomen Karl Schwarzschild - er det ingen flukt. I følge Massey ville tidevannskrefter redusere kroppen din til tråder av atomer (eller "spaghettifisering", som det også er kjent), og gjenstanden vil til slutt ende med å bli knust ved singulariteten. Ideen om at du kunne komme ut et sted - kanskje på den andre siden - virker helt fantastisk.
Hva med et ormhull?
Eller er det? Gjennom årene har forskere undersøkt muligheten for at sorte hull kan være ormehull for andre galakser. De kan til og med være, som noen har antydet, en vei til et annet univers.
En slik ide har flydd rundt i en tid: Einstein slo seg sammen med Nathan Rosen om teorisebroer som forbinder to forskjellige punkter i rom-tid i 1935. Men den fikk noe frisk terreng på 1980-tallet da fysiker Kip Thorne - en av verdens ledende eksperter på de astrofysiske implikasjonene av Einsteins generelle relativitetsteori - reiste en diskusjon om objekter fysisk kunne reise gjennom dem.
"Å lese Kip Thornes populære bok om ormehull er det som først ble meg begeistret for fysikk som barn," sa Massey. Men det virker ikke sannsynlig at ormhull eksisterer.
Faktisk skrev Thorne, som lånte ut sitt ekspertråd til produksjonsteamet for Hollywood-filmen Interstellar: "Vi ser ingen objekter i vårt univers som kan bli ormehull etter hvert som de eldes," i boken "The Science of Interstellar" (WW Norton og Company, 2014). Thorne fortalte Space.com at reiser gjennom disse teoretiske tunnelene sannsynligvis vil forbli science fiction, og det er absolutt ingen faste bevis for at et svart hull kan gi rom for en slik passasje.
Men problemet er at vi ikke kan komme i nærheten av å se selv. Vi kan ikke engang ta bilder av noe som skjer inne i et svart hull - hvis lys ikke kan unnslippe den enorme tyngdekraften, kan ingenting bli snappet av et kamera. Slik det står, antyder teori at alt som går utover hendelseshorisonten ganske enkelt blir lagt til det sorte hullet, og dessuten fordi tiden forvrenger nær denne grensen, ser det ut til at dette vil foregå utrolig sakte, så svarene blir ikke raskt forestående.
"Jeg tror standardhistorien er at de fører til slutten av tiden," sa Douglas Finkbeiner, professor i astronomi og fysikk ved Harvard University. "En observatør langt borte vil ikke se astronautvennen sin falle ned i det sorte hullet. De blir bare rødere og svakere når de nærmer seg hendelseshorisonten. Men vennen faller rett inn, til et sted utenfor 'for alltid.' Hva enn det betyr."
Kanskje fører et svart hull til et hvitt hull
Helt klart, hvis svarte hull fører til en annen del av en galakse eller et annet univers, må det være noe motsatt av dem på den andre siden. Kan dette være et hvitt hull - en teori fremmet av den russiske kosmologen Igor Novikov i 1964? Novikov foreslo at et svart hull kobler til et hvitt hull som eksisterer i fortiden. I motsetning til et svart hull, vil et hvitt hull tillate lys og materie å forlate, men lys og materie vil ikke kunne komme inn.
Forskere har fortsatt å utforske den potensielle forbindelsen mellom svarte og hvite hull. I sin studie fra 2014 publisert i tidsskriftet Physical Review D, hevdet fysikerne Carlo Rovelli og Hal M. Haggard at "det er en klassisk metrikk som tilfredsstiller Einstein-likningene utenfor et begrenset rom-tid-område der materien kollapser i et svart hull og deretter dukker opp fra en stund hull. " Med andre ord, alle de sorte hullene som har svelget, kunne bli spydd ut, og sorte hull kan bli hvite hull når de dør.
Langt fra å ødelegge informasjonen den tar opp, ville kollapsen av et svart hull bli stoppet. Den vil i stedet oppleve et kvantabsprett, slik at informasjon kan unnslippe. Skulle dette være tilfelle, ville det kaste lys over forslag fra tidligere Cambridge University kosmolog og teoretisk fysiker Stephen Hawking, som på 1970-tallet undersøkte muligheten for at sorte hull avgir partikler og stråling - termisk varme - som et resultat av kvantumsvingninger .
"Hawking sa at et svart hull ikke varer evig," sa Finkbeiner. Hawking beregnet at strålingen ville føre til at et svart hull ville miste energi, krympe og forsvinne, som beskrevet i papiret hans fra 1976 publisert i Physical Review D. Med tanke på at han hevdet at strålingen som ble avgitt ville være tilfeldig og ikke inneholde informasjon om hva som hadde falt i, det sorte hullet, etter eksplosjonen, ville slette masse informasjon.
Dette betydde at Hawkings ide var i strid med kvanteteori, som sier at informasjon ikke kan ødelegges. Fysikk oppgir at informasjon bare blir vanskeligere å finne fordi, hvis den går tapt, blir det umulig å kjenne fortiden eller fremtiden. Hawkings ide førte til "informasjonsparadokset om svart hull", og det har forskerne lenge overrasket. Noen har sagt at Hawking rett og slett tok feil, og mannen selv erklærte at han hadde gjort en feil under en vitenskapelig konferanse i Dublin i 2004.
Så går vi tilbake til konseptet med sorte hull som sender ut bevart informasjon og kaster den ut igjen via et hvitt hull? Kan være. I sin studie fra 2013 publisert i Physical Review Letters, anvendte Jorge Pullin ved Louisiana State University og Rodolfo Gambini ved University of the Republic i Montevideo, Uruguay, loopkvantityvhet på et svart hull og fant at tyngdekraften økte mot kjernen, men reduserte og plonked hva som kom inn i en annen region i universet. Resultatene ga ekstra tro til ideen om sorte hull som fungerer som portal. I denne studien eksisterer ikke singularitet, og derfor danner den ikke en ugjennomtrengelig barriere som ender opp med å knuse uansett hva den møter. Det betyr også at informasjon ikke forsvinner.
Kanskje svarte hull går ingensteds
Likevel trodde fysikerne Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski og James Sully fortsatt Hawking kunne ha vært på noe. De jobbet med en teori som ble kjent som AMPS-brannmuren, eller svart hull brannmurhypotesen. Ved deres beregninger kunne kvantemekanikk muligens gjøre hendelseshorisonten om til en gigantisk murmur, og alt som kommer i kontakt ville brenne på et øyeblikk. I den forstand fører sorte hull ingen steder fordi ingenting noen gang kunne komme inn.
Dette krenker imidlertid Einsteins generelle relativitetsteori. Noen som krysser begivenhetshorisonten, skulle faktisk ikke føle noen store motgang fordi et objekt ville være i fritt fall, og basert på ekvivalensprinsippet vil ikke objektet - eller personen - føle de ekstreme effektene av tyngdekraften. Den kunne følge fysikkens lover som finnes andre steder i universet, men selv om det ikke strider mot Einsteins prinsipp, ville det undergrave kvantefeltteorien eller antydet at informasjon kan gå tapt.
Et svart hull av usikkerhet
Gå frem Hawking en gang til. I 2014 publiserte han en studie der han undgikk eksistensen av en hendelseshorisont - noe som betyr at det ikke er noe der å brenne - og sa at gravitasjonskollaps ville gi en 'tilsynelatende horisont' i stedet.
Denne horisonten ville stoppe lysstråler for å prøve å bevege seg bort fra kjernen av det sorte hullet, og ville vedvare i en "periode." I sin omtenking beholder tilsynelatende horisonter midlertidig materie og energi før han løses opp og slipper dem senere nedover linjen. Denne forklaringen passer best med kvanteteori - som sier at informasjon ikke kan ødelegges - og hvis den noen gang ble bevist, antyder den at noe kan rømme fra et svart hull.
Hawking gikk så langt som å si at sorte hull kanskje ikke en gang eksisterer. "Svarte hull bør omdefineres som metastabile bundne tilstander i gravitasjonsfeltet," skrev han. Det ville ikke være noen singularitet, og mens det tilsynelatende feltet ville bevege seg innover på grunn av tyngdekraften, ville det aldri nå sentrum og bli konsolidert i en tett masse.
Og likevel vil ikke noe som slippes ut være i form av informasjonen som svelges. Det ville være umulig å finne ut hva som gikk inn ved å se på hva som kommer ut, noe som forårsaker egne problemer - ikke minst for, for eksempel, et menneske som befant seg i en så urovekkende stilling. De vil aldri føle det samme igjen!
En ting er sikkert, akkurat dette mysteriet kommer til å svelge opp mange flere vitenskapelige timer i lang tid fremover. Rovelli og Francesca Vidotto foreslo nylig at en komponent av mørk materie kunne dannes av rester av fordampede sorte hull, og Hawkings papir på sorte hull og "mykt hår" ble utgitt i 2018, og beskriver hvordan nullenergipartikler blir igjen rundt poenget. uten tilbakevending, hendelseshorisonten - en idé som antyder at informasjon ikke går tapt, men fanges opp.
Dette fløy i møte med teoremet om ikke-hår som ble uttrykt av fysiker John Archibald Wheeler og virket på bakgrunn av at to sorte hull ville kunne skilles fra en observatør fordi ingen av de spesielle partikkelfysikkens pseudo-ladninger ville bli bevart. Det er en idé som har fått forskere til å snakke, men det er en vei å gå før det blir sett på som svaret for hvor sorte hull fører. Hvis vi bare kunne finne en måte å hoppe inn i en på.
