A fekete lyukakról

 a nem látható dolgok létéről való meggyőződés

írta: Dr. Jason Lisle

fordította: Dr. Adrian Bury

A fekete lyuk valóságos jelenség az univerzumban. Ezek a masszív tömegek olyan erős gravitációs vonzást gyakorolnak, hogy még a fény sem tud menekülni tőle. 1783-ban, John Michell brit tudós a „sötét csillag” fogalmát tette fel, amely egy olyan erős gravitációval bíró csillag, amitől a fény sem tud menekülni.¹ A sötét csillag felszínéről kibocsátott fényt a gravitáció húzná vissza, tehát, az olyan csillag láthatatlan lenne. De egyáltalán lehetséges az, hogy egy tömeg olyan masszív lenne, hogy még a fény sem tud menekülni?

A tér és az idő görbítése

Einstein előtt, a fizikusok azt gondolták, hogy a gravitáció egy olyan erő, amely a téren keresztül vonzza a dolgokat. Einstein feltételezte, hogy a gravitáció egyáltalán nem erő, hanem a tér és az idő „görbítése”.

De mit jelent az, hogy a tér és az idő „görbül”? Lényegében azt jelenti, hogy a gravitáció egyfajta „sebességet” ad az üres térnek, és az anyag csak „együtt megy vele”.

Analógiával illusztráljuk ezt: vitorláshajók a tavon. A víz felülete az „üres tért” ábrázolja. A hajók az anyagot képviselik. A szél, pedig, a hajókra ható külső erőt mutatja, amely a vízen át hajtja azokat.

Mitől mozog az anyag?

1. A külső erők a anyagot a téren keresztül mozdítják. Úgy, mint a szél mozdítja a vitorláshajót a vízen át, a gravitáció mozdítja az anyagot a téren keresztül.

2. A valóságban, viszont, a gravitáció magát a teret mozdítja, magával húzva az anyagot. Úgy, mint a vitorláshajó az áramló folyóval együtt mozdul el, akkor is ha nincsenek külső erők. Az anyagot maga a tér mozdítja el.

Einstein előtt, azt gondolták, hogy a gravitáció olyan, mint a szél – az anyagra ható külső erő. Einstein, viszont, azt javasolta, hogy nem az anyagra hat a gravitáció, hanem magára a térre. Az analógiánkban ez azt jelenti, hogy maga a víz áramlik, mint a folyón, és a csónakok egyszerűen csak sodródnak vele.² Elmozdulnának akkor is, ha nincs szél, mert maga a víz viszi őket.

Az analógiánkban, a fotonokat (fényrészecskéket) képviselhetik a gyors motorcsónakok, amelyeknél a gázadagoló egy bizonyos sebességre van beállítva (lásd: lenti ábra). Hasonlóan az üres térben utazó fényhez, ezek a csónakok mindig ugyanazzal a sebességgel mennek. De ha áramlik a víz, ez hat a csónakok útvonalára. Ehhez hasonlóan, a gravitáció görbíti a fény útvonalát, mert a fény utazik az űrben, és a űrt „mozdítja” a gravitáció. Itt a földön, nem vesszük észre, hogy a gravitációnak görbítő hatással van a fényre, mert a föld gravitációja nagyon gyenge a fénysebességhez képest. Az űrben, pedig, kimutatták, hogy a gravitáció görbíti a fényt.

Hogyan működik a fekete lyuk?

A fekete lyuk közelében, olyan erős a gravitáció, hogy az gyorsabban húzza be a teret, mint a fénynek van lehetősége, hogy elmozduljon. Olyan pont van, ahol a fény „megáll”, mert az kifelé utazik ugyanazzal a sebességgel, mint az, amivel befelé húzódik a tér (ezt eseményhorizontnak nevezzük).

Ez a hatás csak az egyik dolog, ami igazolja Einstein fizikáját, de több is van. Némi bizalmunk lehet tehát abban, hogy a gravitáció valójában görbíti a teret és az időt, ahogyan Einstein állította. Mivel magát az űrt húzza a gravitáció, a modern fizika arra utal, hogy tényleg létezhet egy olyan erős gravitációs tér – és így az űr olyan gyorsan mozdul – hogy maga a fény nem tud tőle elmenekülni. És mivel semmi nem utazhat gyorsabban az űrben, mint a fény, semmi nem tudna egy olyan erős gravitációs térből elmenekülni. Ez a „fekete lyuk” – a kifejezést fogalmazta meg John Wheeler 1967-ben.³ Bár ösztönösség-ellenesnek tűnik, a fekete lyuk, az valóságos jelenség.

Fekete lyuk vagy sötét csillag?

Sok tekintetben, hasonló a fekete lyuk a Michell által feltételezett „sötét csillaghoz”, de van némi különbség, mert Michell ideje óta jobban értjük a fizikát. Egy példája ennek, Michell felfogásától eltérően, hogy a fekete lyuk tényleges tömegének lényegében nincsen mérete. Ez azért van, mert olyan erős a gravitáció, hogy a „csillag” teljes tömege összezúzódik egy szingularitásnak nevezett pontba. Tehát, a fekete lyuk összes „anyaga” a szingularitásban helyezkedik el.

(Mivel magát az űrt húzza a gravitáció, a modern fizika arra utal, hogy tényleg létezhet egy olyan erős gravitációs tér, hogy maga a fény nem tud tőle elmenekülni. Ez a fekete lyuk.)

A fekete lyuk fizikája szemléltetéséhez, térjünk vissza a tavas analógiánkra. Képzeljük el, hogy óriási dugót húzunk ki a tó közepén, és a víz elkezd lefolyni. A tó széléhez közel álló víz lényegében nem lenne érintett. A közepéhez közel levő víz, pedig, gyorsan mozdul el a lefolyó felé. A lefolyó egy masszív tárgyat – egy szingularitást – képvisel.

A lefolyótól némi távolságban, a víz ugyanolyan gyorsan megy, mint a motorcsónakok (amelyek fényrészecskéket képviselnek). Másképpen mondva, ebben a távolságban, a víz (az „űrt” szimbolizálva), a fénysebességgel utazik, amelynek a jele c. A fekete lyuknál, ezt a távolságot „Schwarzschild-sugárnak” nevezzük – ez az a hely, ahol az űr fénysebességgel (c) esik bele a fekete lyukba. Képzeljük el, hogy a motorcsarnok menekülni akar, ellenkező irányban a lefolyótól. Mozdulatlan maradna, mert ugyanolyan sebességgel halad a vízen, mint az amivel áramlik a víz a lefolyó felé.

Hasonlóképpen, a fény, amely elmozdul a fekete lyuktól, mozdulatlan lenne a Schwarzschild-sugárnal. Olyan, mint a lazac, amely a folyón felfelé akar úszni, de nem tud haladni. A Schwarzschild-sugártól sokkal távolabb levő tárgyak nem húzódnak be; pályán keringhetnének a fekete lyuk körül, hasonlóan a nap körül keringő bolygókhoz. A gravitációnak az űrre gyakorolt húzó hatása csökken a szingularitástól növekvő távolsággal, úgy mint a víz, amely távol a lefolyótól helyezkedik el, minimálisan áramlik a lefolyó felé.⁴

Az eseményhorizont

Azt az űrrégiót, amely a Schwarzschild-sugárnak megfelel, „eseményhorizontnak” nevezzük. Azért horizont, mert nem lehet átlátni. Soha nem látjuk az eseményeket, amelyek azon belül történnek, mert a tőlük jövő fény soha nem jutna el hozzánk.

Mikor a csillagászok beszélnek a fekete lyuk „méretéről”, az eseményhorizontra utalnak. (Emlékezzünk, hogy a fekete lyuk tényleges tömege – a szingularitás – lényegében nem bír mérettel!) Az eseményhorizont mérete függ a szingularitás tömegétől.⁵

Az eseményhorizont a „utolsó visszafordulási pont” a fekete lyuk számára. Ez eseményhorizonton belül, húzódik az űr a szingularitás felé gyorsabban, mint a fénysebességnél.

(Igen, ezt megengedi a fizika. Bár sem az anyag, sem az energia nem tud gyorsabban haladni a térben, mint a fénysebességnél, az, hogy milyen gyorsan tud utazni maga az űr, nem korlátozott.) Mivel semmi nem tud haladni az űrben gyorsabban, mint a fénysebességnél, minden, ami az eseményhorizonton belül van, húzódik a szingularitás felé és összezúzódik benne – nincs menekülés! Még a fény is visszahúzódik a szingularitásba.

Még egy következménye az olyan erős gravitációs térnek az, hogy a fény pályán keringhet a fekete lyuk körül másfélszer a Schwarzschild-sugárnak távolságában. Ennél a távolságnál, a fényt – ha pont jó irányból érkezik – a fekete lyuk gravitációja olyan erősen befolyásolja, hogy korlátlan időre keringeni fog a fekete lyuk körül.

A Fekete Lyuk Megtalálása

De ha láthatatlan a fekete lyuk, hogyan találjunk meg egyet valaha? Michell azt javasolta, hogy keressünk a sötét csillagot egy kettőscsillag együttesben. A kettőscsillag abból áll, hogy két csillag kering egymás körül. Michel úgy érvelt, hogy bizonyos kettőscsillag együtteseknél, az egyik tagja sötét csillag lenne. Tehát, azt várnánk el, hogy bizonyos látható csillagokat látnánk, amelyek keringenek láthatatlan kísérő körül. És tényleg ezt látjuk! Az egyik példája a Cygnus X-1; itt egy kék szuperóriás csillag kering egy látatlan kísérő körül. A láthatatlan tárgy becsült tömege arra utal, hogy tényleg fekete lyukról van szó.

Sok hasonló esetet találtak meg. De sok más módszerrel is észlelhető a fekete lyuk. Például, a fekete lyukba beleeső anyag felhevülhet és röntgensugarakat, valamint másfajta sugárzást kibocsáthat, mielőtt eléri az eseményhorizontot.

Az óriás elliptikus M87 galaxis a Virgo csillagképben 50 millió fényév távolságban helyezkedik el. Az M87 közepében található objektum a fekete lyuk leírásának felel meg. Azt hiszik, hogy egy fekete lyuk az a „motor”, amely a magas sebességű elektronok fénylő sugarát bocsát ki (átlós vonal a képen). A fotót a NASA engedélyével mutatjuk meg.

Bizonyos fekete lyukaknak a tömege hasonló egy csillagénak. Egy olyan csillag-tömegű fekete lyuk egy felrobbant csillag összezúzott magja lehetne. Más fekete lyukak sokkal masszívabbak. Ezeket a galaxis közepében szokták megtalálni. Gyanított, hogy még a saját galaxisunk közepén egy szuper-masszív fekete lyuk helyezkedik el. Ezek a galaktikus fekete lyukak gravitációs horgonyként szerepelhetnek a galaktikus dudorban található csillagok számára.

A fekete lyukak tapasztalható megerősítést adnak Einstein általános relativitáselméletének. Az olyan fizika a bázisát képezi néhány fiatal-univerzum kozmológiának, amely megengedi, hogy a legtávolabbi galaxisokból származó fény, kevesebb, mint évezredek alatt érjen ide a Földhöz. Az olyan tudományos felfedezések, mint a fekete lyukak, nem csak érdekesek, hanem kis bepillantást is engednek a végtelen Isten gondolataiba. (Zsoltárok 19,1).

A sötét anyag micsoda?

A csillagászok felfedezték, hogy a galaxisok gyorsabban keringenek, mint akkor lehetne, ha csak látható tárgyakból állnának, mint például: csillagok, gáz és por. Másképpen mondva, a legtöbb galaxisban található látható tömeg nem nyújt elég gravitációs vonzást, ami megmagyarázza az észlelt mozgásokat. Ez azt javasolja, hogy a galaxisok egy láthatatlan tömegforrást – az úgy-nevezett sötét anyagot – tartalmaznak. A sötét anyag, az valamilyen nem-látható anyag, amely csak a más – látható – objektumokra gyakorolt gravitációs hatása révén érzékelhető. A legtöbb asztrofizikus jelenleg azt hiszi, hogy sokkal több sötét anyag, mint látható anyag található az univerzumban.

Néhány fizikus úgy véli, hogy a sötét anyag a közönséges anyagból áll, de ez az anyag olyan hideg, hogy nem bocsát ki elég sugárzást, hogy érzékelhető legyen. Például, az olyan bolygók vagy más nagy tárgyak, amelyek nem bocsátanak ki energiát és nem tükrözik vissza a közeli csillagoktól érkező fényt, sötét anyagnak minősülne. Például, ebbe a kategóriába tartozna a fekete lyuk. Viszont, az elterjedtebb elképzelés szerint, a legtöbb sötét anyag egzotikus, még felfedezetlen részecskékből áll, amelyek áthatolják a világegyetemet. Ezt nem-barion sötét anyagnak nevezik, mert – a szokásos atomoktól eltérően – nem protonokból és neutronokból – a barionokból – állna.

Néhány tudós alternatívát javasolt, a sötét anyag helyett. Például, lehet, hogy a fizika törvényszerűségei kicsit másképpen működnek, mint jelenleg értjük, ahogy a MOND* vagy a Carmeli** modell javasolja. Ha ezek közül az egyik vagy a másik helyes, akkor nagyon kevés sötét anyag létezhet as univerzumban. Olyan eredmény pusztító hatású lenne az ősrobbanásos modellek számára, mivel ezeknek bőséges mennyiségű sötét anyagra van szükségük. Viszont, a legtöbb teremtéses kozmológia modell így is, meg úgy is működne.

*. MOND – ez a „módosított newtoni dinamika” rövidítése. Technikai módon, azt javasolja, hogy a gravitáció miatti gyorsulás a nagyon alacsony gyorsulásnál eltér a szokásos inverz négyzetes törvénytől.

**. A carmeli fizika, egy olyan öt-dimenziós variációja az általános relativitásnak, amely azt javasolja, hogy a tágulás egy lényeges tulajdonsága az univerzumnak.

Lábjegyzet:

1. Ezt a koncepciót javasolta függetlenül Pierre-Simon LaPlace 1799-ben.

2. Ez az analógia matematikailag szigorú, mikor a víz (tér) sebessége azonos a szökési sebességgel. Ezt az úgy-nevezett „folyó modellt” a fekete lyukakról fejlesztette ki Andrew Hamilton és Jason Lisle: lásd A. J. S. Hamilton and J. Lisle, “The River Model of Black Holes” in General Relativity and Quantum Cosmology, http://arxiv.org/abs/gr-qc/0411060v2

3. K. Thorne, Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy (New York: W. W. Norton & Company, 1994), p. 256.

4. Ha a nap összezúzódna egy – azonos tömegű – fekete lyukba, akkor a bolygók nem húzódnának be. Jelenlegi pályájukon folytatódnának tovább, mert távol a Schwarzschild-sugártól helyezkednek el.

5. Egy M tömegű objektum Schwarzschild-sugarát így számolható ki: RS = 2GM/c², ahol G az egyetemes gravitációs állandó és c a fénysebesség.
A fekete lyuk gravitációs lencséje illusztrálásához, lásd: www.answersingenesis.org/articles/am/v3/n1/lens

Forrás:

Answers in Genesis, online:
https://answersingenesis.org/astronomy/black-holes/black-holes/