Czarne dziury przejmują wszystko, z czym się zderzają. Od cząstek subatomowych po gwiazdy, ciała stałe, gazy, ciecze, a nawet światło - wszystko, co w nie wpada, znika. Podobnie czarne dziury pobudzają wyobraźnię. Myślenie o kosmosie, odkąd ludzie po raz pierwszy zobaczyli punkty świetlne zdobiące nocne niebo, sprawiło, że umysł wyobraził sobie rzeczy, których nie można zobaczyć tutaj na Ziemi. A czarne dziury są bardziej pomysłowe niż jakikolwiek inny cud astronomii.
Jak wygląda czarna dziura?
Czarna dziura to kosmiczny odkurzacz, który zasysa gwiezdny pył w bezdenną otchłań, zagina czasoprzestrzeń, powodując nieodparte przyciąganie grawitacyjne, nicość, która może zetrzeć wszystko z powierzchni ziemi.
To jest dziura w kosmosie. Czarny - ponieważ światło nie może uciec przed jego przyciąganiem. A zatem niewidoczne. Niewyobrażalny.
A jednak próbowali wyobrazić sobie czarne dziury - jeszcze zanim zorientowali się, że naprawdę istnieją. W 1784 roku angielski geolog i duchowny (i astronom amator) John Michell zasugerował, że dla dużej i wystarczająco gęstej gwiazdy grawitacja Newtona byłaby zbyt silna, aby światło mogło uciec. Wierzył (podobnie jak Newton), że światło jest strumieniem cząstek (wtedy wielu tak uważało). Michell obliczył, że prędkość cząstek światła nie wystarczyłaby do uniknięcia grawitacji gwiazdy tak gęstej jak Słońce, ale 500 razy większej od jej średnicy. „Takie światło nie może przyjść do nas” - napisał.
Około dziesięć lat później francuski matematyk Pierre-Simon Laplace również zasugerował, że w kosmosie mogą istnieć „niewidzialne ciała”. Laplace wyobraził sobie gwiazdę o gęstości Ziemi i 250 razy szerszą od Słońca. Jej przyciąganie grawitacyjne Newtona zapobiegałoby opuszczaniu powierzchni przez światło. „Zatem największe ciała we wszechświecie mogą być niewidoczne ze względu na ich rozmiar” - powiedział.
Prawdziwe czarne dziury nie powstają z grawitacji Newtona, ale z teorii grawitacji Einsteina - ogólnej teorii względności. Einstein ukrył czarne dziury (nawet przed sobą) w swoich równaniach. Ale niemiecki astronom Karl Schwarzschild zastosował tę koncepcję podczas I wojny światowej, na krótko przed śmiercią po chorobie na froncie rosyjskim. Jednak Schwarzschild nie mógł sobie wyobrazić, że gwiazda może skurczyć się do tego stopnia, że przekroczy gęstość wymaganą do uczynienia jej niewidzialną. Ten wyczyn wyobraźni dokonali Robert Oppenheimer i Heartland Snyder w 1939 roku (w tym samym roku, w którym Einstein opublikował artykuł, w którym zaprzeczył istnieniu czarnych dziur). Oppenheimer i Snyder obliczyli, że wystarczająco masywna gwiazda może zapaść się pod wpływem własnej grawitacji.„W ten sposób gwiazda zostanie odcięta od jakiegokolwiek połączenia z odległym obserwatorem; pozostanie tylko pole grawitacyjne”- napisali.
Film promocyjny:
Oppenheimer wkrótce zajął się Manhattanem Atomic Bomb Project i nikt nie zwracał uwagi na jego zapadające się gwiazdy aż do lat 60. W grudniu 1963 r. Omawiano je na sympozjum w Dallas, a kilka tygodni później na spotkaniu w Cleveland. Ktoś nawet wypowiedział wyrażenie „czarna dziura”, aby się do nich odnieść.
Ale nazwa nie była popularna, dopóki John Archibald Wheeler nie wypowiedział go w przemówieniu w 1967 roku. Następnie rozpoczęły się poważne badania naukowe nad czarnymi dziurami. Stephen Hawking przyjrzał się im, pokazując, że mogą emitować słabą formę promieniowania nazwaną jego imieniem. Astronomowie szukają czarnych dziur, zbierając imponujące dowody na to, że one istnieją, opierając się na ruchu gwiazd i innych substancji w pobliżu czarnych dziur. (W rzeczywistości Michell zaproponował właśnie takie podejście do wykrywania obecności niewidzialnej gwiazdy). W 2016 roku fale grawitacyjne dostarczyły dokładnych dowodów na zderzenie dwóch czarnych dziur.
Teraz prawie nikt nie wątpi, że istnieją. Ale chociaż Michell, Oppenheimer, Wheeler, Hawking i wielu innych wyobrażało sobie, jak powinna wyglądać czarna dziura, żaden z nich nigdy jej nie widział.
A teraz, dosłownie w kwietniu, współpraca z Event Horizon Telescope pokazała obraz: ciemność czarnej dziury otoczonej światłem w jej pobliżu. Ten obraz potwierdza to, co już było wiadomo: czarne dziury nie są tylko wytworem wyobraźni, to prawda pierwotnie reprezentowana przez umysły przepojone pewnym duchem naukowym, wiarą w zdolność odkrywania zjawisk kosmicznych bez przebywania w kosmosie.
Historia nauki pamięta inne przypadki wyimaginowanych zjawisk, które wymykają się wyobraźni jeszcze przed ich odkryciem. Paul Dirac wyobrażał sobie antymaterię jeszcze zanim została znaleziona w naturze. Alexander Friedman wyobraził sobie ekspansję Wszechświata, zanim potwierdziły to obserwacje astronomiczne. Starożytni filozofowie greccy wyobrażali sobie atomy 2500 lat, zanim mikroskopia stała się na tyle wyrafinowana, aby móc je fotografować. Wszystkie te szczęśliwe fantazje niektórzy uważali za obrazę zdrowego rozsądku lub konwencjonalnej logiki. Ich potwierdzenie, podobnie jak w przypadku nowego obrazu czarnej dziury, potwierdza lekcję, że pozorny absurd nie jest przekonującym argumentem przeciwko istnieniu zjawiska.
Być może fakt, że ludzka wyobraźnia doszła do istnienia czarnych dziur, pomimo ich absurdu, jest jednym z powodów, dla których czarne dziury fascynują każdego, kto o nich myśli. Czarna dziura stała się dowodem na istnienie niesamowicie niezrozumiałych zjawisk astronomicznych.
Ilya Khel