ER=EPR. Czy żyjemy wewnątrz „czarnej dziury”?

Pomiń wstęp>>

Czym jest astronomiczna „czarna dziura” w obiegowej opinii wie każdy. No, może prawie każdy… Ogólnie i skrótowo: jest to powstały na skutek implozji (zapadnięcia się) bardzo masywnej gwiazdy fragment przestrzeni, którego centrum stanowi punkt osobliwy (pozostałość po implozji) otoczony matematycznie zdefiniowaną powierzchnią nazywaną „horyzontem zdarzeń” – inaczej, „granicą bez powrotu”. Wszystko, co znajdzie się w zasięgu oddziaływania „horyzontu zdarzeń” zostanie pochłonięte przez „czarną dziurę” bezpowrotnie i zniknie z naszej czasoprzestrzeni. Jest tak, gdyż „osobliwość” będąca centrum „czarnej dziury” wymyka się z matematycznej ciągłości pola (przestrzeni) Einsteina ze względu na nieskończone / nieokreślone wartości – na przykład: siła przyciągania grawitacyjnego w „osobliwości” ma wartość nieskończoną ponieważ punkt o nieskończenie małej powierzchni ma masę o nieustalenie wielkim ciężarze. W matematyce równania typu: „x·∞”; „x„; „/x”  czy „/” dają zawsze jednakowy wynik: nieskończoność. Stąd wiedza na temat tego co dzieje się w „czarnych dziurach” jest dla nas faktycznie nieosiągalna.

Dodatkowo, teoria zakłada, że skoro nic nie może uciec z nieskończenie silnego oddziaływania grawitacyjnego „czarnej dziury”, nawet światło, to obiekt materialny ginie w niej łącznie z informacją o samym sobie – jest wessany i znika w zapomnieniu. I w tym własnie tkwi spory problem! Ponieważ, jeśli założymy, że powyższa teoria jest prawdziwa, to zostanie złamana zasada wynikająca z innej teorii, znanej fizykom kwantowym. Teorii „unitarności”. A ta z kolei stwierdza, że informacje nigdy nie mogą być w stu procentach utracone.

Dzisiaj, silnie forsowana teoria o początku wszechświata zakłada, że wszystko co nas otacza narodziło się w „osobliwości”. Jej największym propagatorem był Stephen Hawking. Hawking wraz z innym fizykiem, Rogerem Penrose’em, opracował model funkcjonowania „czarnych dziur” w ramach „Ogólnej Teorii Względności”. Stąd właśnie wynikło jego przekonanie, że początkowo wszechświat był punktem o nieskończonej gęstości – zawierał całą znaną nam materię – i o nieskończenie wysokiej temperaturze. W którymś momencie, mniej więcej 13 miliardów lat temu, ów punkt eksplodował a materia rozprzestrzeniła się we wszystkich kierunkach tworząc znany nam, rozszerzający się kosmos.

W czym tkwi problem? Przede wszystkim w tym, że wielu fizyków z teorią Hawkinga/Penrose’a najnormalniej się nie zgadza. Mniej więcej od połowy lat sześćdziesiątych wielu fizyków mówi nie o teorii „Big Bang’u” (Wielki Wybuch) a o teorii „Big Bounce’a” („Wielkiego Odbicia”).

Na chwile pozostańmy jednak jeszcze przy teorii „Big Bang’u”. Jakby nieodłącznie, równolegle działa tutaj „Teoria Inflacji”. Czym jest? Otóż jest to jakby próba wytłumaczenia faktu, że pierwotny wszechświat rozprzestrzeniał się błyskawicznie (superszybka ekspansja przestrzeni) tworząc galaktyki i ich gromady przy silnym oddziaływaniu grawitacyjnym jądra. Gdy rozrósł się do mniej więcej znanych nam dziś rozmiarów owa ekspansja wyraźnie przyspieszyła (i przyspiesza dalej) ale nastąpił kres „epoki inflacyjnej” (tworzenia się nowych obiektów). Istotne wydaje się, że za „inflację” odpowiadać mogą przede wszystkim fluktuacje kwantowe i energia próżni. Natomiast za szybkość ekspansji tzw. „czarna materia”.  Jednak teoria w żaden sposób nie tłumaczy w/w wymienionych zjawisk. Nie wyjaśnia co spowodowało koniec inflacji i jakie jest źródło tajemniczej „czarnej materii”.

„Czarną materię” najczęściej kojarzy się z antymaterią. Nie mniej trudno nie zauważyć, że właściwie, pierwotnie materii i antymaterii powinno być tyle samo. Dla czego więc w chwili „Wielkiego Wybuchu” obie te „materie” nie uległy całkowitej destrukcji, pozostawiając wszechświat nieskończenie pustym miejscem? No…, więc materii musiało być więcej! Możliwe – ale dla czego? I dla czego, w takim razie, wynika z obliczeń, „czarna materia” stanowi ok 83% wszystkiego a ta znana nam zaledwie 17%. Na te pytania teoria „Big Bang’u” i „Teoria Inflacji” nie znają odpowiedzi.

Czy zatem istnieje teoria tłumacząca? Istnieje – właśnie „Big Bounce”.

Wyobraźmy sobie dwie, bliźniacze butelki z bardzo wąskimi szyjkami. Różnią się tym, że jedna jest wypełniona cieczą a druga absolutnie pusta. Połączmy je w miejscu gdzie kończą się wyloty szyjek i ustawmy pionowo tak, aby butelka z cieczą była w górze. Co zaobserwujemy? Rzecz jasna ciecz z górnej butelki zacznie przelewać się do dolnej. Czy byle jak? Otóż nie! Po małej chwili w górnej butelce powstanie wir (oddziaływanie grawitacji Ziemi) a w dolnej spora liczba rozbryzgów spowodowana uderzeniami cząsteczek cieczy o siebie. Wir będzie istniał tak długo, jak długo będzie miał „zasilanie”, tzn. aż ciecz zupełnie się przeleje. W dolnej ustanie „chlapiący chaos”, gdy nie będzie miało co go już powodować. Efekt: ostatecznie górna butelka będzie pusta a w dolnej znajdzie się dokładnie tyle samo cieczy ile uprzednio było w górnej. Jak zainicjować proces powtórnie? Po prostu obrócić układ! A jeśli pierwotnie jedna z butelek będzie napełniona cieczą w zaledwie 17%? Sam mechanizm zupełnie się nie zmieni. Wiemy, że ciecz przeleje się do dolnej butelki a dokładnie tyle powietrza, ile wyparła – 17% objętości, zawędruje do górnej. W zasadzie, przy absolutnie szczelnym układzie można powtarzać w nieskończoność…

A teraz wyobraźmy sobie, że mamy do czynienia z dwiema „czarnymi dziurami” połączonymi podobnie jak nasze butelki. Miejscem ich „styku” są punkty osobliwe, centra, które łączy wąski tunel, tzw. „gardło” (lub tunel czasoprzestrzenny). Dolna „dziura” to przestrzeń którą widzimy i znamy (nasz kosmos), górna – to miejsce „gdzie indziej”, w innym obszarze czasoprzestrzennym. Dla łatwiejszej interpretacji naszą „dziurę” nazwijmy: „białą”, a tę przeciwległą: „czarną”. W naszym hipotetycznym układzie „dziur” rolę butelkowej cieczy zastąpmy materią (w 17%), powietrze – „czarną materią” (w 83%), rolę przyciągania ziemskiego oddajmy wszędobylskiej, kosmicznej grawitacji (energia próżni, ruch kwantowy), niech ściankami butelek zostaną granice czasoprzestrzeni, do których nasze „dziury” należą. Nasza Ziemia, tutaj, to jedna cząsteczka cieczy która zdążyła już przelecieć przez „gardło” i znajduje się obecnie w „białej dziurze”.

Nie może jednak być zbyt łatwo… Wiemy przecież, że w otaczającej nas czasoprzestrzeni istnieje co najmniej kilkadziesiąt kolejnych „czarnych dziur”. Musimy więc dodatkowo wyobrazić sobie, że „butelka” w której funkcjonujemy ma co prawda ograniczoną pojemność (granicę czasoprzestrzeni) ale za to ma tyle szyjek („osobliwości” i „gardeł”), ile tych „czarnych dziur” w rzeczywistości jest. Na dodatek te „nasze czarne dziury” mają swoje, kolejne szyjki (tunele czasoprzestrzenne) z których jedne łączą się z naszą „butelką” a inne z „butelkami” umiejscowionymi „gdzie indziej”. Przy czym każda „dziura” może mieć dowolną liczbę tuneli czasoprzestrzennych („szyjek” i „gardeł”) a na dodatek spełniać jednocześnie rolę „czarnej” i „białej”.

Jeśli nie „Big Bang” to… nie było żadnego „Wielkiego Wybuchu”. A w zasadzie był, tylko nie tutaj a „gdzie indziej”, i nie była to eksplozja a implozja.

Dawno, dawno temu w odległym wszechświecie…

Pewna masywna gwiazda zakończyła swój żywot, efektownie zapadając się w sobie. Pole grawitacyjne w tym miejscu osiągnęło wartość nieskończoną i wszystko wokół zostało pochłonięte. Ta sama siła upchnęła całą dostępną materię w jednym punkcie tworząc „osobliwość” i „czarną dziurę”. W jeszcze innym wszechświecie doszło do bardzo podobnego zdarzenia. Przy czym implodująca gwiazda była mniejsza a co za tym idzie masa jej „czarnej dziury” była także mniejsza. Obie, młode „osobliwości”, podlegały jednak tym samym zasadom fizyki i wytworzyły „gardła”, przez które zassana materia mogłaby się gdzieś wydostać. Nie wiadomo jaki mechanizm spowodował dalsze wypadki. Jednak w jakiś sposób doszło do zetknięcia owych „gardeł”. W efekcie powstał tunel trwale łączący oba grawitacyjne wiry. Przy czym większy i silniejszy, pochodzący od pierwszej gwiazdy, wpierw wypchnął „pchającą się” do jego przestrzeni materię drugiej a następnie zaczął transportować własną. Ponieważ odwrócenie procesu implozji (ponowny wybuch), uniemożliwiła nieskończona siła ściskająca grawitacji we własnej czasoprzestrzeni, druga „osobliwość” musiała znaleźć inne, puste miejsce dla wtłaczanej do jej wiru materii o olbrzymiej masie. Znalazła więc sobie kolejną czasoprzestrzeń (pustą butelkę) w której było dość miejsca. Minęło 13 mld lat i grupa naukowców z pewnej, pokrytej oceanami planety, zaczęła łamać sobie głowy nad pytaniem: skąd to się wszystko wzięło?

Powyższy tekścik mógłby z pewnością posłużyć za wstęp do jakiejś powieści fantastyczno – naukowej. Jest on jednak całkowicie: „science” i ani trochę „fiction”.  A jakby na dokładkę wyjaśnia kilka spraw z którymi teoria „Big Bangu” sobie nie radzi. Radzi sobie natomiast „Big Bounce”. Przede wszystkim „Wielkie Odbicie” rozumie czasoprzestrzeń jako w miarę stabilną płaszczyznę. Płaszczyzna ta jest stosunkowo spokojna i równomierna. Jednak, od czasu do czasu, dochodzi na niej do pewnych anomalii – jak, implozja gwiazdy czy wybuch supernowej. Skutek jest taki, że następują lokalne zaburzenia na tej powierzchni, które mogą spowodować nawet „podskok” i chwilowe zetknięcie się z inną czasoprzestrzenią. Ponieważ dwa wszechświaty nie mogą stykać się dłużej, mówi się tu o „odbiciu”. Przeważnie nie skutkuje to jednak większymi konsekwencjami. Lista takich „dziwacznych”, chwilowych anomalii (być może związanych z kolizją dwóch pobliskich wszechświatów) jest dość długa i dobrze znana astrofizykom. Co jednak, jeśli do podobnych wydarzeń dochodzi, w zbliżonym czasie i lokalizacji przestrzennej w dwóch sąsiadujących czasoprzestrzeniach? Jeśli jest to związane z tworzeniem się „czarnych dziur”, to z wielkim prawdopodobieństwem wydarzy się „Big Bounce”.

Wyobraźmy sobie że do palca wskazującego i kciuka mamy przyklejone po kawałku gumy do żucia. Jeśli zaczniemy zbliżać do siebie palce w pierwszej kolejności dojdzie do kontaktu tych przyklejonych kawałków. Nie musimy dalej zmniejszać odległości między palcami aby uznać, że zostały złączone  ponieważ połączyła je guma. Jeśli rozchylimy teraz palce a kawałki gumy skleiły się dostatecznie dobrze to palce połączone są dalej. Co prawda guma zrobiła się cieniutka ale faktu, że połączenie istnieje podważyć się nie da.

Podobnie może to wyglądać przy zetknięciu dwóch czasoprzestrzennych płaszczyzn na których, lokalnie występują wywołane procesem powstawania „czarnych dziur” bąble reprezentujące czas i przestrzeń. „Gardło” jest dość wąskie ale wystarczające do swobodnego przepływu między sferami.

„Big Bang” kontra „Big Bounce”.

Jak wyglądał wszechświat przed „Wielkim Wybuchem”?
Co spowodowało „Wielki Wybuch”?
Dla czego zatrzymała się inflacja?
Skąd się wzięła „czarna materia” powodująca, że wszechświat wciąż przyspiesza ekspansję?
Jaka siła powoduje tzw. skrętność Wszechświata?
Co dzieje się z materią pochłoniętą przez „czarną dziurę”?
Jaki będzie koniec Wszechświata?

„Big Bang”
Przed „Wielkim Wybuchem” niczego nie było… Była „osobliwość” ale skąd się wzięła? Nie wiadomo.
Nie wiadomo też – dla czego wybuchła…
Tak, „okres inflacyjny” jest faktem, ale czemu się skończył? Nikt nie wie czemu…
„Czarna materia”? Możliwe, że narodziła się z antymaterii. Ale jak? Nie wiadomo… Wiadomo, że jest! Dla czego przyspiesza ekspansję Wszechświata? Na to nie ma odpowiedzi.
„Skrętność” – coś ją powoduje! Chyba materia ma wpływ na grawitację… Tak na prawdę, dla czego pole grawitacyjne oprócz zakrzywienia ma jeszcze tendencję do „skręcenia”, nikt nie wie…
Jeśli „czarna dziura” coś pochłonie to wszystko, łącznie z informacją o tym czymś, ginie bezpowrotnie.
Jaki będzie koniec? Wszechświat będzie się rozszerzał w nieskończoność. W końcu wszystkie gwiazdy skończą swój żywot i w przeogromnej, ciemnej, zimnej przestrzeni będą krążyć sekstyliony kosmicznego żużlu.

„Big Bounce”
Nasz „Wszechświat” to przestrzeń która istniała od zawsze. Początkowo jednak, ta przestrzeń była bezwymiarowa i wypełniona jedynie „czarną materią” a właściwie informacją o niej.
Wielkiego wybuchu nic nie spowodowało, ponieważ go nie było! W każdym razie nie w naszym „Wszechświecie”.
Inflacja ma związek z ilością „wtłoczonej” do naszej przestrzeni materii przez „nadrzędną czarną dziurę” a „wyssaną” przez „czarne dziury”, które się u nas wytworzyły. Można przyjąć, że ilość materii jest względnie stała: 15% – 20% i stanowi różnicę pomiędzy „dodanym” a „zabranym”. Początkowo proces „wytwarzania” materialnego wszechświata odbywał się w o wiele mniejszej czasoprzestrzeni i bez udziału „dziur wysysających” – tych jeszcze nie było. Gdy powstały Wszechświat się zrównoważył w ilości materii. W rzeczywistości jednak „inflacja” nie ustała. Prawdopodobnie, w swoim centrum, Wszechświat jest dalej „zasilany”. Więc proces kształtowania materii trwa.
„Czarną materię” należy traktować jako ośrodek dla funkcjonowania „zwykłej” materii. Jest tym, co wypełniało naszą czasoprzestrzeń nim doszło do „Big Bounce”. Jest jej dokładnie o tyle mniej, ile zostało wyparte przez materię wtłoczoną do naszej czasoprzestrzeni – czyli o 15% – 20%.
Linie czasoprzestrzeni podlegają naporowi dwóch sił. Jedną jest siła działająca liniowo powodowana wyrzutem materii na końcu „gardła” (tunelu czasoprzestrzennego) i tworząca zakrzywienie, drugą zaś – siła obrotowa (skrętna). Siła obrotowa jest pochodną procesu zachodzącego u wlotu tunelu i nie wytwarza się w naszej czasoprzestrzeni. Materia z dużą szybkością porusza się po ścianach wiru „horyzontu zdarzeń” wszechświata „dziury zasilającej”. Przechodząc przez „gardło” promień obrotu prawdopodobnie bardzo maleje a więc spada tzw. „moment obrotowy” i wartość tej siły. Jednak nie jest ona obojętna dla linii pola grawitacyjnego, które mogłoby jej ulec, gdyby nie siły liniowe (siły pędu). Ogólnie rzecz biorąc, tor ruchu materii wyrzucanej z „gardła” nie jest linią prostą a spiralą. Siła działająca po linii prostej ugina nasze pole grawitacyjne a ta, wynikająca z ruchu spiralnego, próbuje je skręcić.
Jeśli coś wpadnie do „czarnej dziury” to oczywiście zostanie „zmielone” niczym we młynie ale nie zaniknie. Jeśli do młynka wsypiemy ziarna kawy i zmielimy nie oznacza to, że kawa zniknęła. Z ziarenek zrobił się proszek który wpadł do pojemnika… na proszek. Ale kawa dalej jest kawą, tyle, że gotową do sporządzenia „czegoś innego” – gorącego napoju. W teorii „Big Bounce” „czarna dziura” to taki młynek z pojemnikiem. Materia wpada do niego, zostaje rozbita i przez „tunel czasoprzestrzenny” przelatuje do innej (lub tej samej) czasoprzestrzeni w celu dalszego wykorzystania. Ważne jest, że nie zachwiana zostaje teoria „unitarności” znana fizyce kwantowej. Informacja nie ginie bezpowrotnie, tylko zostaje przekazana dalej. Mało tego, istniejące „stany splątane” nie ulegają destrukcji. Zmienia się jedynie tożsamość splątania. Jeśli fizyka kwantowa dopuszcza „splątanie układów” nie istniejących w tym samym czasie, to nic nie stoi na przeszkodzie aby uznać takie za możliwe w dwóch różnych układach czasoprzestrzennych.
Na temat końca Wszechświata teoria „Wielkiego Odbicia” nic nie mówi. Może dla tego, że taki istniałby tak długo, jak długo będzie działać „czarna dziura” w której powstał. W optymistycznym wariancie taki Wszechświat jest wieczny. Rzecz jasna nie dla nas. Stare gwiazdy będą oddalać się od centrum i z czasem gasnąć. Lecz w ich miejsce z „zassanej” materii wciąż będą tworzyć się nowe. A więc i za „wiek wieków” kosmos nadal będzie pełen jasnych gorących punktów. A to bardzo optymistyczne rokowanie!

Szczególne podziękowania dla Philipa Perry’ego – artykuł w „Big Thing” z 03.05.2018 i Nikodema Popławskiego z University of New Haven w Connecticut – artykuł w „Iside Science” z 17.05.2012.


Kilka słów uzupełniających. „Czarna materia” i materia funkcjonują obok siebie w ustalonej proporcji ok 1 do 5 i w tych proporcjach mogą być transmitowane jednocześnie przez tunele czasoprzestrzenne. Opisanie rzeczywistej roli „czarnej materii” wymaga jednak oddzielnego artykułu. Ruch w tunelu czasoprzestrzennym („gardle”) jest jednokierunkowy. W modelu „Big Bounce” Wszechświat jest taką samą sferą (kulą) jak w „Big Bangu”. Wynika jednak z innej przyczyny. W teorii „Wielkiego Wybuchu” materia rozprzestrzeniła się we wszystkich kierunkach tworząc kulę w chwili eksplozji. W teorii „Big Bounce” nasz Wszechświat jest otoczony innym, większym wszechświatem w którym działa „czarna dziura zasilająca”. Stąd materia może wypełniać przestrzeń w określonych granicach (jak w wypadku ścian butelek). Wniosek jest prosty… Zasilające, starsze wszechświaty są większe a zasilane, młodsze – mniejsze. Przypomina to trochę rosyjskie „matrioszki”. Wszystkie, złożone razem, tworzą jedną zabawkę. A jednak każdą można bawić się oddzielnie…

I słowo uzupełnienia z punktu widzenia paleoastronautyki. Teoria „Big Bounce” jest niezwykle kusząca dla kosmologów i astrofizyków poszukujących słynnego „wzoru opisującego wszystko”, łączącego „Teorię Względności” z „Teorią Pola Kwantowego”. Jednak poszukiwaczom z SETI może dać jedynie kiepską wskazówkę: „oj, nie tam, Panowie, nie tam…”. Czyżby możliwe było, że „obce rasy” istnieją i są ich nawet setki, a może tysiące. Tyle, że każda zajmuje inną czasoprzestrzeń? W takim wypadku jakiekolwiek poszukiwania prowadzone przez SETI mogą okazać się bezsensem! Natomiast w paleo-SETI? No, tak! Jeśli ktoś tu był, ktoś nas odwiedził… To była bardzo potężna rasa! Na tyle potężna, że okiełznała nie tylko przestrzeń ale i czasoprzestrzeń. To jednak wymaga oddzielnego artykułu i to w innym dziale…


Czekamy na „I like”

Dodaj komentarz

Proszę się zalogować, aby skomentować.
avatar
  Subscribcja  
Powiadom o