Dus daar sta je op het punt in een zwart gat te springen. Wat zou er kunnen wachten als je - tegen alle verwachtingen in - op de een of andere manier zou overleven? Waar zou je terechtkomen en welke prikkelende verhalen zou je kunnen herhalen als het je zou lukken om terug te schreeuwen?
Het simpele antwoord op al deze vragen is, zoals professor Richard Massey uitlegt: "Wie weet?" Als research fellow van de Royal Society aan het Institute for Computational Cosmology van de Durham University, is Massey zich er volledig van bewust dat de mysteries van zwarte gaten diep gaan. "Het vallen door een horizon van een gebeurtenis gaat letterlijk voorbij de sluier - zodra iemand er voorbij valt, kan niemand ooit een bericht terugsturen", zei hij. 'Ze zouden door de enorme zwaartekracht in stukken worden gescheurd, dus ik betwijfel of iemand die er doorheen valt ergens zou komen.'
Als dat klinkt als een teleurstellend - en pijnlijk - antwoord, dan is het te verwachten. Sinds Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie werd verondersteld zwarte gaten te hebben voorspeld door ruimte-tijd te koppelen aan de zwaartekracht, is het bekend dat zwarte gaten het gevolg zijn van de dood van een massieve ster die een kleine, dichte restanten kern achterlaat. Ervan uitgaande dat deze kern meer dan ongeveer driemaal de massa van de zon heeft, zou de zwaartekracht zo overweldigend zijn dat het op zichzelf zou vallen in een enkel punt, of singulariteit, waarvan wordt aangenomen dat het de oneindig dichte kern van het zwarte gat is.
Het resulterende onbewoonbare zwarte gat zou zo'n krachtige zwaartekracht hebben dat zelfs het licht het niet zou kunnen vermijden. Dus, als je je dan aan de horizon van de gebeurtenis bevindt - het punt waarop licht en materie alleen naar binnen kunnen gaan, zoals voorgesteld door de Duitse astronoom Karl Schwarzschild - is er geen ontsnapping mogelijk. Volgens Massey zouden getijdekrachten je lichaam tot atomenstrengen reduceren (of 'spaghettificatie', zoals het ook bekend is) en het object zou uiteindelijk verpletterd worden door de singulariteit. Het idee dat je ergens zou kunnen verschijnen - misschien aan de andere kant - lijkt volkomen fantastisch.
Hoe zit het met een wormgat?
Of is het? Door de jaren heen hebben wetenschappers de mogelijkheid onderzocht dat zwarte gaten wormgaten kunnen zijn voor andere sterrenstelsels. Ze kunnen zelfs, zoals sommigen hebben gesuggereerd, een pad zijn naar een ander universum.
Zo'n idee zweeft al een tijdje rond: Einstein werkte samen met Nathan Rosen om bruggen te theoretiseren die twee verschillende punten in de ruimtetijd in 1935 met elkaar in verband brengen. Maar het kreeg in de jaren tachtig wat nieuwe grond toen natuurkundige Kip Thorne - een van 's werelds vooraanstaande experts op het gebied van de astrofysische implicaties van Einsteins algemene relativiteitstheorie - discussieerden over de vraag of objecten er fysiek doorheen konden reizen.
"Het lezen van Kip Thorne's populaire boek over wormgaten was wat me als kind voor het eerst enthousiast maakte over de natuurkunde", zei Massey. Maar het lijkt niet waarschijnlijk dat er wormgaten bestaan.
Inderdaad, Thorne, die zijn deskundig advies aan het productieteam leende voor de Hollywood-film Interstellar, schreef: "We zien geen objecten in ons universum die wormgaten kunnen worden naarmate ze ouder worden", in zijn boek "The Science of Interstellar" (WW Norton and Company, 2014). Thorne vertelde Space.com dat reizen door deze theoretische tunnels waarschijnlijk sciencefiction zouden blijven, en er is zeker geen duidelijk bewijs dat een zwart gat een dergelijke doorgang mogelijk zou maken.
Maar het probleem is dat we niet van dichtbij kunnen komen om het zelf te zien. We kunnen zelfs geen foto's maken van alles wat zich in een zwart gat afspeelt - als het licht niet aan hun immense zwaartekracht kan ontsnappen, kan er niets met een camera worden geknapt. Zoals het er nu naar uitziet, suggereert de theorie dat alles wat verder gaat dan de horizon van de gebeurtenis gewoon aan het zwarte gat wordt toegevoegd en bovendien, omdat de tijd dichtbij deze grens vervormt, lijkt dit ongelooflijk langzaam te gaan, dus antwoorden zullen niet snel zijn aanstaande.
'Ik denk dat het standaardverhaal is dat ze tot het einde der tijden leiden', zegt Douglas Finkbeiner, hoogleraar astronomie en natuurkunde aan de Harvard University. 'Een verre waarnemer zal hun astronautenvriend niet in het zwarte gat zien vallen. Ze zullen alleen roder en zwakker worden naarmate ze de horizon van de gebeurtenis naderen. Maar de vriend valt precies binnen, naar een plek voorbij' voor altijd '. Wat dat ook betekent. '
Misschien leidt een zwart gat naar een wit gat
Zeker, als zwarte gaten naar een ander deel van een sterrenstelsel of een ander universum leiden, zou er aan de andere kant iets tegenovergesteld moeten zijn. Zou dit een wit gat kunnen zijn - een theorie die in 1964 door de Russische kosmoloog Igor Novikov naar voren werd gebracht? Novikov stelde voor dat een zwart gat linkt naar een wit gat dat in het verleden bestond. In tegenstelling tot een zwart gat, laat een wit gat licht en materie weg, maar licht en materie kunnen niet naar binnen.
Wetenschappers zijn het potentiële verband tussen zwarte en witte gaten blijven onderzoeken. In hun studie uit 2014, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review D, beweerden natuurkundigen Carlo Rovelli en Hal M. Haggard dat "er een klassieke metriek is die voldoet aan de Einstein-vergelijkingen buiten een eindig ruimte-tijdgebied waar materie instort in een zwart gat en vervolgens tevoorschijn komt uit een tijdje gat. " Met andere woorden, al het materiaal dat zwarte gaten hebben ingeslikt, kan worden uitgespuwd en zwarte gaten kunnen bij het afsterven witte gaten worden.
In plaats van de informatie die het absorbeert te vernietigen, zou de ineenstorting van een zwart gat worden gestopt. Het zou in plaats daarvan een quantum bounce ervaren, waardoor informatie kan ontsnappen. Mocht dit het geval zijn, dan zou dit enig licht werpen op een voorstel van de voormalige kosmoloog en theoretisch natuurkundige Stephen Hawking van Cambridge University, die in de jaren zeventig de mogelijkheid verkende dat zwarte gaten deeltjes en straling - thermische warmte - uitzenden als gevolg van kwantumfluctuaties .
'Hawking zei dat een zwart gat niet eeuwig duurt,' zei Finkbeiner. Hawking berekende dat de straling ervoor zou zorgen dat een zwart gat energie verliest, krimpt en verdwijnt, zoals beschreven in zijn paper uit 1976, gepubliceerd in Physical Review D.Gegeven zijn bewering dat de uitgezonden straling willekeurig zou zijn en geen informatie zou bevatten over wat erin was gevallen, het zwarte gat zou bij zijn explosie heel veel informatie wissen.
Dit betekende dat Hawking's idee op gespannen voet stond met de kwantumtheorie, die zegt dat informatie niet vernietigd kan worden. De natuurkunde stelt dat informatie alleen maar moeilijker te vinden is, want als het verloren gaat, wordt het onmogelijk om het verleden of de toekomst te kennen. Het idee van Hawking leidde tot de 'informatieparadox van het zwarte gat' en het heeft wetenschappers lang in verwarring gebracht. Sommigen hebben gezegd dat Hawking het gewoon bij het verkeerde eind had, en de man zelf verklaarde zelfs dat hij een fout had gemaakt tijdens een wetenschappelijke conferentie in Dublin in 2004.
Dus, gaan we terug naar het concept van zwarte gaten die bewaarde informatie uitzenden en via een wit gat teruggooien? Kan zijn. In hun studie uit 2013, gepubliceerd in Physical Review Letters, pasten Jorge Pullin aan de Louisiana State University en Rodolfo Gambini aan de Universiteit van de Republiek in Montevideo, Uruguay, lusquantumzwaartekracht toe op een zwart gat en ontdekten dat de zwaartekracht naar de kern toe toenam, maar verminderde en daalde wat er ook maar een ander deel van het universum binnenging. De resultaten gaven het idee van zwarte gaten als portaal extra geloofwaardigheid. In deze studie bestaat singulariteit niet en vormt het dus geen ondoordringbare barrière die uiteindelijk alles wat het tegenkomt, verplettert. Het betekent ook dat informatie niet verdwijnt.
Misschien gaan zwarte gaten nergens heen
Maar natuurkundigen Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski en James Sully geloofden nog steeds dat Hawking iets had kunnen doen. Ze werkten aan een theorie die bekend werd als de AMPS-firewall of de black hole-firewall-hypothese. Door hun berekeningen zouden de kwantummechanica de horizon van het evenement mogelijk in een gigantische muur van vuur kunnen veranderen en alles wat in contact komt, zou in een oogwenk branden. In die zin leiden zwarte gaten nergens toe omdat er nooit iets naar binnen kan komen.
Dit druist echter in tegen Einsteins algemene relativiteitstheorie. Iemand die de gebeurtenishorizon overschrijdt, zou eigenlijk geen grote moeilijkheden moeten voelen, omdat een object in vrije val zou zijn en, op basis van het gelijkwaardigheidsprincipe, dat object - of persoon - de extreme effecten van de zwaartekracht niet zou voelen. Het zou de natuurkundige wetten van elders in het universum kunnen volgen, maar zelfs als het niet in strijd was met het principe van Einstein, zou het de kwantumveldentheorie ondermijnen of suggereren dat informatie verloren kan gaan.
Een zwart gat van onzekerheid
Stap nog een keer naar voren Hawking. In 2014 publiceerde hij een onderzoek waarin hij het bestaan van een gebeurtenishorizon vermeed - wat inhoudt dat er niets te verbranden is - waarbij hij zei dat de ineenstorting van de zwaartekracht in plaats daarvan een 'schijnbare horizon' zou opleveren.
Deze horizon zou lichtstralen tegenhouden die proberen weg te bewegen van de kern van het zwarte gat en zou een 'tijdsperiode' aanhouden. In zijn heroverweging houden schijnbare horizonten tijdelijk materie en energie vast voordat ze oplossen en later weer loslaten. Deze verklaring past het beste bij de kwantumtheorie - die zegt dat informatie niet kan worden vernietigd - en, als dat ooit is bewezen, suggereert het dat alles uit een zwart gat zou kunnen ontsnappen.
Hawking zei zelfs dat zwarte gaten misschien niet eens bestaan. 'Zwarte gaten moeten opnieuw worden gedefinieerd als metastabiele gebonden toestanden van het zwaartekrachtveld', schreef hij. Er zou geen singulariteit zijn en hoewel het schijnbare veld vanwege de zwaartekracht naar binnen zou bewegen, zou het nooit het centrum bereiken en binnen een dichte massa worden geconsolideerd.
En toch zal alles wat wordt uitgezonden niet de vorm hebben van de ingeslikte informatie. Het zou onmogelijk zijn om erachter te komen wat erin is gegaan door te kijken naar wat eruit komt, wat op zichzelf al problemen veroorzaakt - niet in de laatste plaats voor bijvoorbeeld een mens die zich in zo'n alarmerende positie bevond. Ze zouden nooit meer hetzelfde voelen!
Eén ding is zeker, dit specifieke mysterie zal nog lange tijd veel meer wetenschappelijke uren opslokken. Rovelli en Francesca Vidotto suggereerden onlangs dat een component van donkere materie gevormd zou kunnen worden door overblijfselen van verdampte zwarte gaten, en Hawking's paper over zwarte gaten en 'zacht haar' werd uitgebracht in 2018, en beschrijft hoe nulenergetische deeltjes rond het punt achterblijven van geen terugkeer, de gebeurtenishorizon - een idee dat suggereert dat informatie niet verloren gaat, maar wordt vastgelegd.
Dit vloog in het gezicht van de stelling zonder haar die werd uitgedrukt door natuurkundige John Archibald Wheeler en werkte op basis van het feit dat twee zwarte gaten voor een waarnemer niet te onderscheiden zouden zijn omdat geen van de speciale pseudo-ladingen van de deeltjesfysica behouden zou blijven. Het is een idee waar wetenschappers over praten, maar er is nog een weg te gaan voordat het wordt gezien als het antwoord waar zwarte gaten naartoe leiden. Konden we maar een manier vinden om erin te springen.
