მეცნიერებს სურთ გაიგონ თუ რა ხდება შავ ხვრელებში. საუბარია შავი ხვრელის "ბირთვზე", ე.წ. სინგულარობის წერტილზე, რომელშიც ჩვენთვის ნაცნობი ფიზიკის კანონები და თეორიები აღარ მოქმედებს.

როდესაც შავ ხვრელებზე ვსაუბრობთ, უნდა ვახსენოთ ე.წ. მოვლენათა ჰორიზონტი, ადგილი, რომლის იქითაც შავი ხვრელის გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ იქიდან სინათლეც კი (უმასო ნაწილაკი) ვეღარ აღწევს. ეს ნიშნავს, რომ შავი ხვრელის შიგნიდან ინფორმაცია ვერ გამოდის, ამიტომ არის რომ ამ ობიექტების პირდაპირი დამზერა შეუძლებელია.

აინშტაინის 1915 წლის გრავიტაციის თეორიის (ზოგადი ფარდობითობის თეორიით) მათემატიკის გამოყენებით, მეცნიერებს შეუძლიათ შავი ხვრელის "ინტერიერის" მოდელირება. მეორე მხრივ, ფარდობითობის ზოგადი თეორია გვეუბნება, რომ შავი ხვრელის ცენტრში არსებულ სინგულარობაში ყველა მათემატიკური მნიშვნელობა უსასრულობამდე დადის.

და, აი, ახლა ახალ კვლევაში მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ შეიძლება არსებობდეს "ჩვეულებრივი შავი ხვრელები", რომელთაც ცენტრალური სინგულარობა არ აქვთ.

"სინგულარობა შავი ხვრელის ყველაზე იდუმალი და პრობლემური ნაწილია. ეს არის ადგილი, სადაც ჩვენი ცნებები სივრცისა და დროის შესახებ ფაქტობრივად აზრს მოკლებულია. თუ წარმოვიდგენთ, რომ შავ ხვრელს არ აქვს სინგულარობა, ეს მას უფრო ჩვეულებრივს გახდის", — განუცხადა Space.com-ს მკვლევარმა რობი ჰენიგარმა.

აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, მასის მქონე ობიექტები ამრუდებენ სივრცე-დროის ქსოვილს (სივრცის სამი განზომილება გაერთიანებულია დროის ერთ განზომილებაში). შედეგად წარმოიქმნება გრავიტაციის ეფექტი. რაც უფრო მეტია მასა, მით უფრო ექსტრემალურია სივრცე-დროის გამრუდება და მით უფრო ძლიერია გრავიტაციის გავლენა. ეს ყველაფერი გამოითვლება იმ განტოლებით, რომელიც ემყარება ფარდობითობის ზოგად თეორიას — აინშტაინის ველის განტოლებებს.

"სივრცე-დროის გამრუდების ფაქტორი განისაზღვრება აინშტაინის ველის განტოლებებით, რომლებიც ზოგადი ფარდობითობის ქვაკუთხედია", — განუცხადა Space.com-ს კვლევის თანაავტორმა, პაბლო ანტონიო კანო მოლინა-ნინიროლამ.

მისი თქმით, ეს განტოლებები ძალიან წარმატებულია, რადგან ისინი წინასწარმეტყველებს კოსმოსში დაკვირვებადი ფენომენების სიმრავლეს, პლანეტების მოძრაობიდან სამყაროს ევოლუციამდე. მეორე მხრივ, ეს განტოლებები ასევე მიგვითითებენ სინგულარობის არსებობაზეც, რაც პრობლემურია.

"ზოგადი ფარდობითობით, შავი ხვრელი ჰგავს შეკუმშულ სამყაროს, სადაც სინგულარობა წარმოადგენს ფენომენს, რომელშიც თავად სივრცე იშლება", — თქვა მოლინა-ნინიროლამ.

მოლინა-ნინიროლას თქმით, ბევრი ფიზიკოსი თვლის, რომ როდესაც გრავიტაცია განსაკუთრებულად ძლიერი ხდება და სივრცე-დრო მნიშვნელოვნად მრუდდება, ფარდობითობის ზოგადი თეორია უფრო ფუნდამენტური თეორიით უნდა შეიცვალოს. მას მიაჩნია, რომ ეს იქნება კვანტური გრავიტაციის თეორია, რომელიც მიგვიყვანს "ყველაფრის თეორიამდე“, რომელიც აერთიანებს ფარდობითობის ზოგად და კვანტური ფიზიკის ჯერჯერობით შეუთავსებელ თეორიებს.

"იმედი გვაქვს, რომ ამ სრულ თეორიაში შავი ხვრელის სინგულარობა მოიხსნება. კვანტურმა გრავიტაციამ, შესაძლოა, სინგულარობის აუცილებლობა ჩამოგვაშოროს", — თქვა მოლინა-ნინიროლამ.

კვანტური გრავიტაცია და სხვა პრობლემები

მკვლევრების ახლი თეორია ვარაუდობს, რომ შავი ხვრელის გულში სინგულარობა არ არის. მაშინ რა ხდება ამ უკიდურეს, ეგზოტიკურ ადგილას?

"ჩვენს მოდელში სივრცე-დროის კოლაფსი არ ხდება და სინგულარობა ჩანაცვლებულია უაღრესად დახრილი სტატიკური რეგიონით, რომელიც მდებარეობს შავი ხვრელის ბირთვში. რეგიონი სტატიკურია, რადგან არ იკუმშება. ეს ნიშნავს, რომ დამკვირვებელს შეუძლია (ჰიპოთეტურად) დარჩეს იქ, თუ ვივარაუდებთ, რომ ის ამ კოლოსალურ გრავიტაციას გადაურჩება", —ამბობს მოლინა-ნინიროლა.

მაშ, რა არის შავი ხვრელის ცენტრში? მოლინას აზრით — არც არაფერი.

მკვლევრების თქმით, შეიძლება უცნაურად ჟღერდეს შავი ხვრელის არსებობა მატერიის არარსებობის შემთხვევაში, მაგრამ იგივე შეიძლება მოხდეს ფარდობითობის ზოგად თეორიაშიც კი.

"გარკვეული გაგებით, ეს არის პრობლემა, რომლის თავიდან აცილება შეუძლებელია. ვარსკვლავები მუდმივად იშლება ჩვენს სამყაროში, ეს გარდაუვალი ფიზიკური პროცესია. მეორე მხრივ, ეს ჩვეულებრივი მოვლენაა ის, რაც გვაძლევს ყველაფერს, რაც ვიცით. კოლაფსის ბოლო მომენტში, სანამ ავხსნით სინგულარობას, მნიშვნელოვანი იქნება გრავიტაცია და კვანტური ეფექტები ერთად", — ამბობენ მკვლევრები.

სინგულარობის გაქრობა ნიშნავს მისტიკურობის დაკარგვასაც?

თუ ეს სწორია, კვლევამ შეიძლება გარკვეულწილად გაანადგურა შავი ხვრელების კონცეფცია, მაგრამ ის აჩენს ახალ შეკითხვებს, რომლებსაც პასუხი მაინც უნდა გაეცეს.

"ჩვენი კვლევა იძლევა პასუხებს ზოგიერთ საიდუმლოებაზე, მაგრამ აჩენს ახლებს. მაგალითად, ჩვენი მოდელის მიხედვით, მატერია, რომელიც ხვდება 'ჩვეულებრივ' შავ ხვრელში, საბოლოოდ უნდა გამოვიდეს იქიდან სხვა სამყაროში (ან იმავე სამყაროს სხვა რეგიონში) მდებარე თეთრი ხვრელიდან", — თქვა მოლინამ.

ეს ძალიან ეგზოტიკურად გამოიყურება, მაგრამ ეს არის ერთადერთი შესაძლებლობა, თუ სინგულარობა არ არსებობს: ყველაფერი, რაც შავ ხვრელში შედის, საბოლოოდ უნდა გამოვიდეს მისგან.

ცალკე საკითხია, შეძლეს თუ არა მეცნიერება ოდესმე ამ თეორიის მტკიცებულების პოვნა შავი ხვრელების რეალური დაკვირვებებიდან. ჩვენ ვიცით, რომ შავ ხვრელებში ჩახედვა არ შეგვიძლია.

მოლინამ განმარტა, რომ "სივრცე-დროში ტალღებზე" დაკვირვება, რომელსაც გრავიტაციული ტალღები ეწოდება, ასტრონომებს საშუალებას აძლევს შეისწავლონ ბევრად უფრო ძლიერი გრავიტაციული ველები, ვიდრე ოდესმე. ეს მეცნიერებს უნიკალურ შანსს მისცემს, დააფიქსირონ ეფექტები ზოგადი ფარდობითობის მიღმა, მათ შორის ისეთებიც, რომლებმაც შეიძლება გამოიწვიოს სინგულარობის "გარჩევადობა".

გარდა ამისა, თუ ეს თეორია მართალია, მაშინ ადრეულ სამყაროში (კოსმოსური ინფლაციის დროს) უნდა დარჩენილიყო გარკვეული ნიშნები, რომლებსაც შეიძლება დღეს დავაკვირდეთ და დავადასტუროთ თეორიის სისწორე.

შესაბამისად, პირველყოფილი გრავიტაციული ტალღები, თუ ისინი არსებობს, შეიძლება წარმოიშვა კოსმოსური ინფლაციის ეპოქაში. მათში ჩაწერილი უნდა იყოს ინფორმაცია იმ ფიზიკურ პროცესებზე, რომლებიც სამყაროს დასაწყისში ხდებოდა. ამ გრავიტაციული ტალღების აღმოჩენა შეიძლება დაეხმაროს მეცნიერებს იმის დადგენაში, ნამდვილად განსხვავდებოდა თუ არა იმ დროისთვის გრავიტაცია აინშტაინის თეორიაში აღწერილი ფორმისგან.

"მიკროსკოპული შავი ხვრელები აჩენს ბნელი მატერიის (პოტენციალურ) შესაძლო კანდიდატს. ამრიგად, თუ აღმოჩნდება, რომ ბნელი მატერია შედგება პატარა შავი ხვრელებისგან, ეს იქნება არაპირდაპირი მტკიცებულება სინგულარობის არარსებობის სასარგებლოდ", — ამბობენ მკვლევრები.

გუნდის კვლევა ჟურნალ Physics Letters B-ში გამოქვეყნდა.