Iz dubina matematike Einsteinove opće relativnosti dopire nam objekt koji je još čudniji od misteriozne crne rupe. Zapravo je riječ o zrcalnom blizancu crne rupe – tzv. bijeloj rupi.
Neki čak misle da bi ona mogla biti izvorište našeg svemira.
Astrofizički fenomen crne rupe već je desetljećima plijenio maštu znanstvenika i zaljubljenika u znanost.
Kad se ideja prvi put pojavila iz Einsteinove opće teorije relativnosti, fizičari su se pitali kako ozbiljno shvatiti taj matematički opis neizbježnog područja svemirskog prostor-vremena. U međuvremenu, astronomi su pokazali da su crne rupe vrlo stvarne, s uvjerljivim dokazima da u kvazarima, rendgenskim dvojnim zvijezdama, pa čak i u središtu naše galaktike Mliječnog puta ima tih “gravitacijskih čudovišta”.
No matematika koja predviđa postojanje crne rupe opisuje i entitete koji su još čudniji, ali čiji je odnos sa stvarnošću još nejasan. Jedan od takvih entiteta je – bijela rupa.
Godine 1915. Einsteinove jednadžbe polja okrenule su svijet fizike naglavačke. Njegova teorija relativnosti opisala je silu gravitacije i razbila prevladavajuću paradigmu prirode stvarnosti – umjesto da su kruti, prostor i vrijeme mogu se zapravo savijati, i to s masom zvijezda i planeta. U roku od godinu dana, fizičari su izračunali na koji se točno načine prostor-vrijeme savija oko jedne “masivne kugle”, zapravo “sjemenke” koju danas nazivamo “singularnost”.
Znanstvenici su napokon mogli opisati kako bi sferna masa sabijena u beskrajno gustoj točki toliko mogla zamotati prostor da se područje svemira učinkovito odvoji od ostatka svemira, stvarajući područje onkraj događajnog obzora gdje zakoni fizike više ne vrijede i gdje je veza između uzroka i posljedice prekinuta.
Crna rupa neizrecivo je gusto područje prostora u kojem je sva materija stisnuta u nevjerojatno malen prostor nazvan singularnost. To stvara toliko intenzivno gravitacijsko privlačenje da ništa, čak ni svjetlost, ne može pobjeći iz kandži crne rupe.
Sićušna je crna rupa možda veličine jednog atoma, ali ima masu jednaku velikoj planini. Zvjezdane crne rupe, nastale kada se umiruća zvijezda uruši u sebe i eksplodira kao supernova, mogu imati masu do 20 puta veću od našeg Sunca. Najveće crne rupe zovu se supermasivne crne rupe i mogu se naći u središtu svake galaktike u našem svemiru.
Supermasivna crna rupa u središtu naše galaktike Mliječnog puta, nazvana Strijelac A*, ima masu čak četiri milijuna puta veću od Sunca, a sabijena je u “malenu kuglu” koja je nekoliko milijuna puta veća od Zemlje.
Događajni obzor (ili horizont događaja) možemo zamisliti kao površinu crne rupe, iako to nije površina u pravom smislu riječi. Nije ni membrana ni barijera, nego prag iza kojega više nema povratka. Sve što ga prijeđe zauvijek je izgubljeno, više se ne može vratiti u svemir. To se odnosi čak i na svjetlost koja ima najveću brzinu u svemiru. Jednom kada ga nešto, ili netko, prijeđe, započet će neizbježni proces pada prema singularnosti crne rupe i na koncu se urušiti u samu singularnost. Možemo samo nagađati što se događa nakon toga.
Fizičari desetljećima proučavaju crne rupe i tek ih počinju razumijevati. No tek su nedavno usmjerili pozornost na njihove zanemarene blizance – bijele rupe.
Na prvi pogled, bijela rupa ne bi trebala izgledati previše drukčije od svog tamnog blizanca. Baš kao i crna rupa, i ona može biti velika ili mala, može se vrtjeti ili biti nepomična, a može biti i električno nabijena. Također, mogla bi biti okružena prstenom prašine, a oblak plina i krhotina skupljao bi se na njezinu događajnom obzoru.
Ključna je razlika u tome što bijele rupe ne usisavaju nego “bljuju”. Za razliku od crne rupe, iz koje ništa ne može pobjeći, materija zapravo ne samo da može prijeći događajni obzor, nego i mora. Sve što je u njoj mora izaći. Tek u tom trenutku, kada uoče da predmeti izlaze, stručnjaci mogu definitivno reći da je to što promatraju bijela, a ne crna rupa.
Ako je događajni obzor crne rupe točka bez povratka, tada bi se događajni obzor bijele rupe mogao opisati kao – točka neprihvaćanja. Nikada ga ništa ne može prijeći i doći do unutrašnjosti. Objekti u svemiru mogu prijeći događajni obzor crne rupe i utjecati na njezinu unutrašnjost, iako tvar unutar crne rupe više nikada ne može komunicirati s prostorom izvana. No u bijeloj rupi vrijedi obrnuto – predmeti unutar bijele rupe mogu prijeći njezin događajni obzor i komunicirati s objektima u prostoru izvan njega, ali ništa izvana nikada ne može ući u bijelu rupu i utjecati na njezinu unutrašnjost.
To je zato što je bijela rupa vremenski preokret crne rupe, tvrde fizičari. Singularnost crne rupe postoji u budućnosti, dok singularnost bijele rupe postoji u prošlosti.
Budući da je unutrašnjost bijele rupe odsječena od svemirske prošlosti putem horizonta događaja, nijedan vanjski objekt ili događaj nikada neće utjecati na unutrašnjost bijele rupe. James Bardeen, pionir crnih rupa i profesor emeritus na Sveučilištu Washington, objašnjava tu razliku: “Od crne rupe više me uznemirava singularnost u prošlosti koja može utjecati na sve u vanjskom svijetu”.
Znanstvenici su teoretizirali postojanje crnih rupa stotinama godina prije nego što je Einsteinova teorija relativnosti otvorila put fizičarima da dokažu njihovo postojanje – barem teoretski. Budući da iz crne rupe ne izlazi svjetlost, one su nevidljive golim okom.
Donedavno, jedini način na koji su znanstvenici mogli pronaći dokaze o crnim rupama bio je traženje znakova njihova utjecaja na okolni svemir.
Zvijezde, plinovi i drugi svemirski objekti ponašaju se drukčije u blizini crne rupe nego drugdje u svemiru jer ih vuče njezina intenzivna gravitacija. S pomoću teleskopa, opremljeni posebnim alatima, znanstvenici mogu pokupiti vrstu visokoenergijske svjetlosti koju emitiraju objekti koji djeluju u interakciji s gravitacijskim silama crne rupe, a reverberacijskim mapiranjem može se izmjeriti zračenje koje odaje prsten krhotina koji okružuje crnu rupu, što fizičarima pomaže da točno odrede mjesto crne rupe, čak i ako je ne mogu vidjeti.
Najzad, 2019. godine znanstvenici su napravili zapanjujući proboj u proučavanju crnih rupa kada je međunarodni teleskop Event Horizon prvi put u povijesti snimio crnu rupu.
Preciznije, ono što su znanstvenici snimili bila je sjena crne rupe jer je odsutnost reflektirajuće svjetlosti čini nevidljivom. Ipak, bez obzira na to, bio je to prvi čvrsti, fotografski, dokaz na svijetu o postojanju crnih rupa.
Ako se konačno pokazalo da su crne rupe stvarne, znači li to da su i bijele rupe dokazana činjenica svemira? Zapravo, ne baš. Iako Einsteinova teorija opće relativnosti opisuje postojanje i crne i bijele rupe, ona ne objašnjava kako bi bijela rupa zapravo mogla nastati u svemiru. Crna rupa nastaje kad umiruća zvijezda implodira u supernovu, urušavajući svu materiju zvijezde u neopisivo majušno područje ograđeno od ostatka svemira. Obratno nema smisla. Ideja bijele rupe koja eksplodira u potpuno funkcionalnu zvijezdu jednostavno “ne drži vodu”.
Ta ideja također krši i zakon po kojem se entropija s vremenom mora povećavati. Nadalje, ako bi bijela rupa negdje i nastala, materija koju bi otpustila sudarila bi se s materijom u njezinoj orbiti. Ti bi sudari prouzročili kolaps cijelog sustava u crnu rupu. Stoga, čak i ako postoje, one ne bi dugo ostale bijele rupe. Hal Haggard, teorijski fizičar s Koledža Bard u New Yorku, rekao je da je “dugovječna bijela rupa vrlo malo vjerojatna”.
Drugi znanstvenici imaju različite teorije o bijelim rupama koje nam pomažu da objasnimo neke nedosljednosti. Steven Hawking još je sedamdesetih otkrio da crne rupe propuštaju energiju, što ga je navelo na pitanje: “Kako crne rupe umiru i što se tada događa sa svime što je zarobljeno unutar njih?”.
Opća teorija relativnosti kaže da se iz crne rupe ništa ne može izvući, no kvantna mehanika sprečava brisanje bilo kakvih informacija unutar crne rupe. Pa kako to objasniti? Neki tumače da je bijela rupa zapravo rezultat smrti crne rupe. Kako crna rupa umire, može postati lagana kao ljudska dlaka, oko jednog mikrograma, ali više se neće pokoravati zakonima fizike kakve poznajemo.
Taj beskrajno malen objekt bio bi toliko malen da bi prkosio gravitaciji, ali u sebi bi skrivao unutrašnjost punu svega što je progutao u svom dotadašnjem životu. Njegova mala veličina i ponašanje koje prkosi gravitaciji mogu mu omogućiti da ostane dovoljno stabilan da na kraju ispljune informacije i materiju koje je progutala crna rupa, čime bi automatski postala bijela rupa koja “bljuje”.
Ako je ta teorija istinita, bijele bi rupe jednoga dana mogle dominirati svemirom. Pošto sve zvijezde u svemiru izgore i implodiraju u crne rupe, a zatim i pošto sve te crne rupe umru, u svemiru bi mogle postojati samo bijele rupe koje “bljuju” materiju. Srećom, to se može dogoditi samo u svemiru koji je više trilijuna puta stariji od našega, tako da to nije scenarij zbog kojega bismo se trebali brinuti tako skoro.
Kada je riječ o bijelim rupama, puno je više pitanja nego odgovora, a to ostavlja prostor za mnogo maštovitih teorija o tome što one zapravo jesu.
Neki znanstvenici misle da trenutno živimo unutar “ultimativne bijele rupe”. Naime, bijele ih rupe neodoljivo podsjećaju na – veliki prasak.
Eksplozija materije i energije koja je rezultat velikog praska u kojem je stvoren naš svemir nevjerojatno je slična načinu na koji teoretičari sumnjaju da bijele rupe oslobađaju materiju. “Geometrija je vrlo slična u oba slučaja, do toga da su ponekad matematički identični”, kaže Haggard.
Možda smo još daleko od toga da teleskopom gledamo kako bijela rupa izbacuje materiju u okolni svemir. No ako nas je prošlost ičemu naučila, to je da samo zato što nešto ne možemo vidjeti ne znači da toga nema. Samo će vrijeme pokazati koja će se teorija o bijelim rupama pokazati točnom.