A világegyetem, amelyben élünk több olyan matematikailag is megmagyarázhatatlan furcsasággal rendelkezik, melyekből arra lehet következtetni, hogy a jelenleg ismert világegyetemünk valójában egy fekete lyukban született.
A világegyetem és a fekete lyukak fizikájának párhuzamai arra késztettek néhány kozmológust, hogy elgondolkodjanak azon, vajon a mi világegyetemünk egy fekete lyukban születhetett-e meg.
Ha éjszaka felnézünk a csillagokra, nem nehéz elképzelni, hogy a világűr végtelen. A kozmológusok azonban pontosan tudják, hogy valójában a világegyetemnek vannak határai.
A legjobb asztorfizikai modell szerint a térnek és az időnek volt egy kezdete, egy szubatomi pont, amit szingularitásnak neveznek. Ez az elképzelhetetlenül magas hővel és sűrűséggel rendelkező pont az ősrobbanás során hihetetlen sebességgel kezdett el tágulni. A látható világegyetemet körülhatárolja az úgynevezett eseményhorizont, egy olyan szakadék, amelyen túl semmi sem figyelhető meg, mivel a kozmosz a fénysebességnél gyorsabban tágult, és a legjobb távcsöveink számára is túl messze van ahhoz, hogy a világegyetem egyes részei láthatóvá váljanak. A láthatárunk a világegyetemre szűkebb, mint a valóság. Tudjuk, hogy ott van, de nem láthatjuk.
Ez a két elem – a szingularitás és az eseményhorizont – egyben a fekete lyukak fontos jellemzője is. Az ilyen gravitációs szörnyetegek a kozmoszban mindenütt áldozatra lesnek, elnyelve a gázt, a port és a fényt. Igen, a fényt is. A világegyetemhez hasonlóan a fekete lyukakat is korlátozza a saját eseményhorizontjuk, egy olyan határ, amelyen túl semmi sem figyelhető meg, és amelyről úgy gondolják, hogy egy szingularitást tartalmaz. Talán ezért van az, hogy néhány nemrégiben megjelent tudományos cikk szerint az egész világegyetemünk egy fekete lyuk belsejében létezhet.
Bár ez némileg kívül esik a hétköznapi kozmológián, a fekete lyukban való élet észveszejtő lehetősége semmiképpen sem csak a túl későn fekvő, elmélkedő egyetemistáknak való.
A fekete lyukak világegyetem-elméletének rövid története
világegyetemről alkotott képünket alátámasztó matematika meglehetősen hasonló a fekete lyukakat leíró matematikához. Mindkettő Albert Einstein általános relativitáselméletéből származik. Ez az elképzelés szerint a térben lévő objektumok görbéket hoznak létre a téridő szövetében, amelyek irányítják mozgásukat, és megmagyarázzák a gravitáció működését. Teljesen véletlenül a megfigyelhető világegyetem sugara történetesen megegyezik egy olyan fekete lyuk sugarával, amelynek tömege a mi kozmoszunk tömegével lenne egyenlő.
Ez az évek során néhány kutatót arra késztetett, hogy felvetesse annak lehetőségét, hogy a világegyetem egy fekete lyuk belsejében van. Az elsők közül ketten dolgozták ki a részleteket: Raj Kumar Pathria elméleti fizikus és egyidejűleg I. J. Good matematikus az 1970-es években.
Körülbelül 20 évvel később Lee Smolin fizikus egy lépéssel továbbment a dolgok felé azzal az elmélettel, hogy minden egyes fekete lyuk, amely a mi világegyetemünkben keletkezik, egy új világegyetemet hoz létre a belsejében, amelynek fizikája kissé eltér a miénktől. Így az univerzumok egymásból bimbóznak, mutálódnak és „fejlődnek”, miközben leányuniverzumokat hoznak létre. Ezt nevezte kozmológiai természetes szelekciónak.
A mi univerzumunk a fekete lyuk ellenpárja
Bár ezek közül az elképzelések közül egyik sem vált különösebben általánossá, sok fizikus mégis elismeri a fekete lyukak és az univerzum közötti elvi kapcsolatot. „Matematikailag nagyon is rokonok” – mondja Ghazal Geshnizjani, a szintén a Perimeter Intézet elméleti fizikusa. „Olyanok, mintha egymás ellentétei lennének.”
Úgy tartják, hogy kozmoszunk egy szingularitással kezdődött, azzal a végtelen sűrűségű ponttal, amely az ősrobbanást megelőzte. A fekete lyukak ezzel szemben egy szingularitással végződnek, egy icipici szemétlerakó ponttal, ahol minden összezúzódik.
A fekete lyuk eseményhorizontja – a szingularitást körülvevő gömb alakú határvonal – egyben a kritikus pont is, ahonnan nincs visszatérés. Bár a fekete lyukakat az emberek gyakran kozmikus porszívónak gondolják, valójában viszonylag békés objektumok. Egy űrhajó stabil pályára állhatna egy ilyen lyuk körül, majd el is mehetne, hacsak nem halad át az eseményhorizonton, amelyen túl már semmi sem térhet vissza.
Univerzumunk állandó tágulása hasonló jelenségnek mutatkozik, mint a fekete lyukak viselkedése. Amikor távcsővel nézzük világegyetemünket, azt látjuk, hogy a távolabbi objektumok gyorsabban távolodnak tőlünk, mint a közelebbiek. Elég nagy távolságban a tágulás a fénysebességnél gyorsabban történik, és ez a gyors tágulás olyan gyorsan távolítja el egymástól a csillagokat és galaxisokat, hogy azok átlépve a kozmikus horizonton számunkra elvesznek. Majdnem olyan, mintha ezek a csillagok és galaxisok eltűnnének egy belülről kifelé nyíló fekete lyuk torkában.
Persze ezek a felszínes hasonlóságok a fekete lyukak és a világegyetem között nem feltétlenül jelentik azt, hogy az egyik azonos lenne a másikkal.
„Vannak elméleteink, és ezeknek következményei vannak” – mondja Alex Lupsasca, a Tennessee állambeli Nashville-ben található Vanderbilt Egyetem fizikusa. „Ha az elmélet következményeit egy kísérlet kizárja, akkor azt mondhatjuk, hogy a feltételezések ellentmondásosak vagy tévesek.”
Hogyan állapíthatnánk meg, hogy az univerzumunk egy fekete lyukban van-e?
Hogyan is nézne ki, ha az univerzumunk valóban egy fekete lyukban lenne? Először is, a kozmosznak lenne egyfajta természetes orientációja – a galaxisok egy irányba forognának, vagy megfigyelhető volna egy ősrobbanás által hátrahagyott forgástengely. „Valamiféle gradiensre számíthatnánk az univerzumunkban” – mondja Afshordi. „Az egyik irány a fekete lyuk középpontja felé mutatna, a másik a fekete lyuk külső része felé.”
A legjobb méréseink mégis azt mutatják, hogy a kozmosz nagy léptékben nézve meglehetősen ismétlődőnek tűnik. A fizikusok ezt kozmológiai elvnek nevezik. Ez az elv azt mondja, hogy az univerzumnak nincs különösebb iránya, és nagyjából mindenhol ugyanolyan. Ha egy fekete lyukban született volna univerzumunk, akkor ez a fajta egyenletes eloszlás kétségessé tenné ezt az elméletet. Az általunk jelenleg ismert tények alapján a fekete lyukak haldokló csillagokból születnek – ez a folyamat rendezetlen, kaotikus és messze nem egységes.
És akkor ott van még a fekete lyuk szingularitásának problémája. Ez a végtelenül kicsi pont végzetes bárki vagy bármi számára, aki vagy ami egy fekete lyuk belsejébe kerül. Ez mindenképpen ellentéte a gyorsan táguló kozmosznak.
Ahhoz, hogy ezeket a kérdéseket jobban meg tudjuk vizsgálni, a fizikusoknak ki kellene találniuk, hogyan egységesíthetnék a 20. század két legsikeresebb elméletét: az általános relativitáselméletet, amely a legnagyobb objektumokra vonatkozik, és a kvantummechanikát, amely az elemi részecskéket és azok viselkedését írja le. Mivel a szingularitás egy mikroszkopikus pont, amely hatalmas tömeggel rendelkezik, nem kezelhető önmagában egyik elmélettel sem, ezért a két elmélet valamiféle szintézisére van szükség. Ezért nem is tudjuk meghatározni, hogy pontosan mi történik egy fekete lyuk belsejében vagy az ősrobbanás előtt.
Mindazonáltal a kozmológusok egyetértenek abban, hogy az ezirányú kutatás egyrészt lenyűgöző feladat, másrészt potenciálisan új felfedezésekhez vezethet. Egyes új felfedezések talán még arra is alkalmas lesz, hogy a kozmológusok újragondolják modelljeiket, és rájöjjenek, hogy a világegyetem tényleg egy fekete lyuk belsejében van.