Egy fekete lyukban élünk?

Éjszaka a csillagokat bámulva könnyű elképzelni, hogy az űr örökké tart. De a kozmológusok tudják, hogy az univerzumnak valójában vannak határai.

Először is, a térnek és időnek volt egy kezdete, egy szubatomi pont, amelyet szingularitásnak neveznek. Ez az intenzív hő és sűrűségi pont gyorsan kitágult az ősrobbanás során. Másodszor, a látható univerzumot az úgynevezett eseményhorizont határolja, egy szakadék, amelyen túl semmi sem figyelhető meg, s mivel a kozmosz gyorsabban tágult, mint a fénysebesség, így egyes részei túl messze vannak ahhoz, hogy megfigyelhessük.

Ez a két elem – a szingularitás és az eseményhorizont – a fekete lyukak fontos jellemzői is. Ilyen gravitációs szörnyek leselkednek az egész kozmoszban, felfalva a gázt, a port és a fényt. Az univerzumhoz hasonlóan a fekete lyukakat is saját eseményhorizontjuk korlátozza, egy olyan határ, amelyen túl semmi sem figyelhető meg, amiről úgy vélik, hogy szingularitást tartalmaz. Talán ezért vetették fel néhány újabb tudományos cikkben, hogy az egész univerzumunk egy fekete lyuk belsejében létezhet.

Bár némileg kívül esik a hétköznapi kozmológia keretein, a fekete lyukban élés elképesztő lehetősége nem csak a későn felébredt, elmélkedő egyetemistáknak szól. „Ez mindenképpen egy reális megközelítés” – mondja Niayesh Afshordi, a kanadai Waterloo-i Perimeter Institute for Theoretical Physics asztrofizikusa.

A világegyetemről alkotott ismereteink alapját képező matematikai számítások meglehetősen hasonlóak a fekete lyukakat leíró képletekhez. Mindkettő Albert Einstein általános relativitáselméletéből ered. Ez az az elképzelés, hogy a térben lévő objektumok görbéket hoznak létre a tér-idő szövetében, amelyek szabályozzák mozgásukat és megmagyarázzák a gravitáció működését. Véletlenül a megfigyelhető világegyetem sugara megegyezik egy kozmoszunk tömegével megegyező fekete lyuk sugaraival.

Az évek során ez arra késztetett néhány kutatót, hogy felvesse annak a lehetőségét, hogy az univerzum egy fekete lyuk belsejében van. Elsőként Raj Kumar Pathria elméleti fizikus és IJ Good matematikus foglalkoztak ezen kérdéssel az 1970-es években.

Körülbelül 20 évvel később Lee Smolin fizikus egy lépéssel továbbment azzal az elmélettel, hogy minden fekete lyuk, amely a mi univerzumunkban keletkezik, egy új univerzumot hoz létre, amelynek fizikája kissé eltér a miénktől. Így az univerzumok egymásból születnek, mutálódnak és „fejlődnek”, miközben leányuniverzumokat hoznak létre. Ezt a kozmológia természetes szelekciónak nevezte.

Bár ezek közül az elképzelések közül egyik sem terjedt el különösebben, sok fizikus továbbra is elismeri a fekete lyukak és az univerzum közötti fogalmi kapcsolatot. „Matematikailag nagyon is összefüggenek” – mondja Ghazal Geshnizjani, a Perimeter Intézet elméleti fizikusa. „Valahogy egymás ellentétei.”

Úgy tartják, hogy a kozmoszunk egy szingularitásban kezdődött, abban a végtelen sűrűségű pontban, amely megelőzte az ősrobbanást. A fekete lyukak ezzel szemben egy szingularitásban végződnek, egy apró szemétlerakó pontban, ahol minden értelmetlenül összetörik.

Egy fekete lyuk eseményhorizontja – a szingularitás körüli gömb alakú határvonal – egyben a visszatérés nélküli pontja is. Bár a köznyelvben gyakran kozmikus porszívóként emlegetik őket, a fekete lyukak valójában viszonylag nyugodt objektumok. Egy űrhajó stabil pályára állhat körülöttük, majd elmenekülhet, hacsak nem halad át az eseményhorizonton, amelyen túl soha semmi sem térhet vissza.

Világegyetemünk állandó tágulása hasonló jelenséget idéz elő. Amikor távcsövekkel nézünk a világegyetembe, azt látjuk, hogy a távolabbi objektumok gyorsabban távolodnak tőlünk, mint a közelebbiek. Elég nagy távolságokon a tágulás gyorsabb, mint a fénysebesség, olyan gyorsan elsodorva a csillagokat és galaxisokat, hogy azok egy perem – a kozmikus horizont mögött – eltűnnek. Majdnem olyan, mintha ezek a csillagok és galaxisok egy kifordított fekete lyuk gyomrában tűnnének el.

Hűha. Már az Ön feje is belefájdult? Ne aggódjon. A tudósok számára a lényeg az, hogy ezek a felszínes kapcsolatok a fekete lyukak és az univerzum között nem feltétlenül jelentik azt, hogy az egyik egyenlő a másikkal.

„Vannak elméleteink, és azoknak vannak következményeik” – mondja Alex Lupsasca, a nashville-i (Tennessee állambeli) Vanderbilt Egyetem fizikusa. „Ha egy kísérlet kizárja az elmélet következményeit, akkor azt mondhatjuk, hogy a feltételezések ellentmondásosak vagy tévesek”.

Milyen megfigyelhető következményekkel járna, ha a világegyetemünk valójában egy fekete lyuk belsejében lenne? Egyrészt létezne egyfajta természetes irány vagy orientációja a kozmosznak – a galaxisok egy kedvező irányban, vagy egy finom tengely mentén forognának az ősrobbanásból származó, a világegyetemet kitöltő hőben. „Valamilyen gradiensre számíthatnánk a világegyetemünkben” – mondja Afshordi. „Az egyik irány a fekete lyuk közepe felé, a másik a fekete lyuk külseje felé lenne”.

Mégis, a legjobb méréseink azt mutatják, hogy a kozmosz meglehetősen ismétlődőnek tűnik. A fizikusok ezt kozmológiai elvnek nevezik. Ez kimondja, hogy a világegyetemnek nincs különleges iránya, és szinte mindenhol ugyanaz. Az, hogy hogyan jöhet létre ilyen egyenletesség egy fekete lyuk születéséből, kihívást jelent mindazok számára, akik azt állítják, hogy a kozmosz egy ilyenben van. A fekete lyukak haldokló csillagokból születnek – ez a folyamat rendetlen, kaotikus és korántsem egyenletes.

Ahhoz, hogy jobban megértsük ezeket a kérdéseket, a fizikusoknak ki kellene találniuk, hogyan lehet kombinálni a 20. század két legsikeresebb elméletét: az általános relativitáselméletet, amely a legnagyobb objektumokra vonatkozik, és a kvantummechanikát, amely a legkisebbeket szabályozza. Mivel a szingularitás egy hatalmas tömegű mikroszkopikus pont, egyik elmélet sem képes önmagában kezelni, és valamilyen szintézist igényel a kettő között. Számos erőfeszítés ellenére a kvantumgravitáció ilyen elmélete eddig elkerülte a tudósok figyelmét. Ugyanezen okból nem tudjuk pontosan meghatározni, hogy mi történik egy fekete lyuk belsejében vagy az ősrobbanás előtt – írja a National Geographic.

Mindazonáltal a kozmológusok egyetértenek abban, hogy ezen utak feltárása lenyűgöző feladat, és potenciálisan új felfedezésekhez vezethet. Talán még okot is találnak arra, hogy újragondolják kozmikus modelljeiket, és rájöjjenek, hogy az univerzum valóban egy fekete lyuk belsejében van.