Φωτογράφιση Μαύρης Τρύπας: Μια Απλή Άσκηση

Καλησπέρα, κάτι χρήσιμο., από την Έντυπη Καθημερινή της 22ας -4- 2019.

Η φύση είναι πολύ πιο αλλόκοτη από τη φαντασία

ΗΛΙΑΣ ΜΑΓΚΛΙΝΗΣ

Το 1916, όταν o χαρισματικός Καρλ Σβάρτσιλντ (φωτ.) προέβλεψε την ύπαρξη μαύρων τρυπών, ο Αϊνστάιν, παρά τον θαυμασμό του προς τους υπολογισμούς του Σβάρτσιλντ, απέρριψε κάθε τέτοιο ενδεχόμενο, θεωρώντας ότι η φύση θα είχε κάποια ασφαλιστική δικλίδα ώστε να μην επιτρέψει μια τέτοια τερατωδία.

ΕΤΙΚΕΤΕΣ:

Η συζήτηση που έγινε την περασμένη εβδομάδα με αφορμή την πρώτη, ιστορική φωτογραφία μαύρης τρύπας στο Διάστημα είχε ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο: ότι επιβεβαιώθηκε για ακόμη μία φορά η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας που ο Αϊνστάιν διατύπωσε το 1915.

Έτσι είναι. Όμως μέσα σε όλη αυτή τη φασαρία ξεχάσαμε ένα όνομα: αυτό του Καρλ Σβάρτσιλντ (Karl Schwartzild, 1873-1916). Ηταν με τις δικές του εξισώσεις που ο Αυστριακός αστροφυσικός (σημαντικό όνομα στον καιρό του), στην ουσία, υπέδειξε στον Αϊνστάιν ότι, με βάση τους νόμους της δικής του θεωρίας, η κατάρρευση ενός άστρου μεγάλης μάζας πρέπει λογικά να οδηγεί σε μια τερατωδία: σε ένα αδιανόητα μικροσκοπικό σημείο άπειρης πυκνότητας, σε κάτι δηλαδή σαν ρωγμή στην υφή του χωροχρόνου, από τις ασύλληπτες βαρυτικές δυνάμεις της οποίας ούτε και αυτό το φως δεν θα μπορούσε να ξεφύγει – με άλλα λόγια, σε αυτό που σήμερα γνωρίζουμε ως «μαύρη τρύπα». Την περίπτωση του Σβάρτσιλντ αφηγείται ο αστροφυσικός Κιπ Θορν (νομπελίστας το 2017 για τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων έπειτα από σύγκρουση δύο μαύρων τρυπών) στο δίτομο «Μαύρες τρύπες και στρεβλώσεις του χρόνου. Η προκλητική κληρονομιά του Αϊνστάιν» (εκδ. Κάτοπτρο, 1999).

Ο Σβάρτσιλντ υπηρετούσε στο ρωσικό μέτωπο όταν έπεσε στα χέρια του το τεύχος των Πρακτικών της Πρωσικής Ακαδημίας Επιστημών της 25ης Νοεμβρίου του 1915, όπου και δημοσιευόταν η εργασία του Αϊνστάιν για τη Γενική Σχετικότητα. Οπως γράφει ο Θορν, «πολύ σύντομα επιχείρησε να ανακαλύψει τις προβλέψεις των νέων βαρυτικών νόμων του Αϊνστάιν για τα άστρα. (…) Ο υπολογισμός του ήταν κομψός και η γεωμετρία του καμπυλωμένου χωροχρόνου που προέβλεπε, η “Γεωμετρία Σβάρτσιλντ” όπως έγινε σύντομα γνωστή, έμελλε να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τις αντιλήψεις μας για τη βαρύτητα και το σύμπαν».

Η «Γεωμετρία Σβάρτσιλντ» προέβλεπε ότι για κάθε άστρο υπάρχει μια κρίσιμη περίμετρος, η οποία εξαρτάται από τη μάζα του: αυτό που παραξένεψε τον ίδιο τον Αϊνστάιν αλλά και ολόκληρη τη διεθνή κοινότητα των αστροφυσικών από το 1920 έως και το 1960, ήταν η πρόβλεψη για ένα άστρο με περίμετρο ακριβώς ίση με την κρίσιμη: σε αυτό, ο χώρος στη γειτονιά αυτού του άστρου είναι έντονα καμπυλωμένος και η διαστολή του χρόνου στην επιφάνειά του γίνεται άπειρη, δηλαδή ο χρόνος δεν κυλάει καθόλου, «παγώνει». Κατά συνέπεια, το φως «παγιδεύεται», το μήκος κύματός του γίνεται και αυτό άπειρο, άρα το άστρο πλέον πρέπει να φαίνεται απολύτως σκοτεινό.

Ο Σβάρτσιλντ απέστειλε στον Αϊνστάιν δύο εργασίες του βασισμένες στη δική του θεωρία. Ηταν στη δεύτερη όπου αναπτυσσόταν ο ακριβής υπολογισμός της καμπυλότητας του χωροχρόνου στο εσωτερικό του άστρου και ο Αϊνστάιν τη διάβασε στη Πρωσική Ακαδημία Επιστημών, στο Βερολίνο στις αρχές του 1916. Αλίμονο, την επόμενη φορά που ο Αϊνστάιν θα μιλούσε για τον Σβάρτσιλντ στην Πρωσική Ακαδημία θα ήταν για να ανακοινώσει τον θάνατό του στο ρωσικό μέτωπο από μεταδοτική ασθένεια.

Ομως, και πάλι, ο Σβάρτσιλντ δεν ήταν ο πρώτος που προέβλεψε κάτι τέτοιο. Ο Βρετανός φυσικός, φιλόσοφος Τζον Μίτσελ, το μακρινό 1783, έκανε λόγο για ετοιμοθάνατα άστρα με «κρίσιμη περίμετρο» που θα πρέπει λογικά να απορροφούν το φως και να εμφανίζονται σκοτεινά.

Δεκατρία χρόνια μετά, το 1796, ο Γάλλος φυσικός φιλόσοφος Πιερ-Σιμόν Λαπλάς έκανε ευρέως γνωστή την ίδια πρόβλεψη στο περίφημο έργο του «Το σύστημα του κόσμου». Αυτά σε μια εποχή όπου το φως εκλαμβάνεται ως συλλογή από σωματίδια. Ωστόσο, η ανακάλυψη της συμβολής του φωτός ως κύμα, υποχρέωσε τον Λαπλάς να παραλείψει τα περί «σκοτεινών άστρων» από τις κατοπινές εκδόσεις του «Συστήματος του κόσμου».

Στα τέλη της δεκαετίας του 1930 η «Γεωμετρία Σβάρτσιλντ» ήταν πια γνωστή ως «Ανωμαλία Σβάρτσιλντ», ακριβώς επειδή αυτό που συμβαίνει με τις μαύρες τρύπες είναι μια ανωμαλία. Η «Ανωμαλία Σβάρτσιλντ» επανήλθε στο προσκήνιο με μια εργασία του Ρόμπερτ Οπενχάιμερ το 1939, η οποία συζητήθηκε έντονα αλλά οποιαδήποτε περαιτέρω συζήτηση εγκαταλείφθηκε εξαιτίας του πολέμου. Η αστροφυσική έδωσε τη θέση της στην πυρηνική φυσική για πολεμικούς σκοπούς με τα γνωστά αποτελέσματα. Ουσιαστικά, όλοι οι μεγάλοι επιστήμονες της Αμερικής που ασχολήθηκαν με αυτό που αργότερα έγινε γνωστό ως «μαύρες τρύπες», συμμετείχαν στα μεγάλα αμερικανικά ατομικά προγράμματα.

Θα χρειαστεί να φτάσουμε στο 1967, όταν σε μια σχετική διάλεξη του κορυφαίου Αμερικανού φυσικού Τζον Αρτσιμπαλντ Ουίλερ, μπροστά στη δυσφορία του καθηγητή του σχετικά με το πώς πρέπει να ονομαστούν αυτές οι «αστρικές ανωμαλίες», ένας φοιτητής πέταξε: «Γιατί όχι μαύρες τρύπες;» Αυτό ήταν. Επρόκειτο για μια πολύ ελκυστική ονομασία που θα ζήλευε ένας καλός διαφημιστής.

Πίσω όμως στο 1916, όταν o χαρισματικός Σβάρτσιλντ ουσιαστικά προέβλεψε τη μαθηματική ύπαρξή τους, ο Αϊνστάιν, παρά τον θαυμασμό του προς τους υπολογισμούς του Σβάρτσιλντ, απέρριψε κάθε ενδεχόμενο πραγματικής ύπαρξής τους, θεωρώντας ότι η φύση θα είχε κάποια ασφαλιστική δικλίδα ώστε να μην επιτρέψει μια τέτοια τερατωδία. Τώρα πια ξέρουμε ότι εδώ ο Αϊνστάιν έκανε λάθος και ότι η φύση είναι πολύ πιο αλλόκοτη και από την πιο τρελή φαντασία.