Fekete lyuk

A fekete lyuk olyan �gitest, amelynek a felsz�n�n a sz�k�si sebess�g el�ri vagy meghaladja a f�nysebess�g �rt�k�t.L�tez�s�ket az �ltal�nos relativit�selm�let j�solta meg. Fekete lyuk keletkezik akkor, ha egy v�ges t�meg a gravit�ci�s �sszeoml�snak nevezett folyamat sor�n egy kritikus �rt�kn�l kisebb t�rfogatba t�m�r�l �ssze. Ekkor az anyag �sszeh�z�d�s�t okoz� gravit�ci�s er� minden m�s anyagi er�n�l nagyobb lesz, s az anyag egyetlen pontba h�z�dik �ssze. Ebben a pontban bizonyos fizikai mennyis�gek (s�r�s�g, t�rid�-g�rb�let) v�gtelenn� v�lnak (l�sd: Gravit�ci�s szingularit�s). A szingularit�st k�r�lvev� t�rr�szben a gravit�ci� olyan er�s, hogy onnan sem anyag, sem f�ny nem szabadulhat ki. E g�mb alak� t�rr�sz hat�rfel�lete az esem�nyhorizont, sugara az �n. Schwarzschild-sug�r. Az esem�nyhorizonton bel�lre ker�l� anyag vagy sug�rz�s belezuhan a szingularit�sba.

A fekete lyukak l�tez�se mind elm�letileg, mind csillag�szati megfigyel�sekkel j�l al�t�masztott (p�ld�ul Chandra �rt�vcs�). A lyuk elnevez�s alatt nem a szok�sos �rtelemben vett lyukat kell �rteni, ink�bb a vil�g�r egy r�sz�t, ami mindent elnyel, �s ahonnan semmi nem tud visszat�rni.

M�sk�ppen, a fekete lyuk olyan �gitest, mely – hatalmas s�r�s�g�n�l fogva – nagy t�mege ellen�re el�g kicsi, hogy elf�rjen az �ltala l�trehozott esem�nyhorizontban. Ebben az esetben ugyanis az �gitest minden pontja az esem�nyhorizonton bel�l van, teh�t az esem�nyhorizonton k�v�lr�l nem l�that� (fekete lyuk).

A fekete lyuk („black hole”) kifejez�st eredetileg John Archibald Wheeler tal�lta ki egy 1967-es New York-i konferenci�n.

Lehet-e �let a fekete lyuk belsej�ben

Szeretn�nk erre a k�rd�sre v�laszolni, de hogy olyan v�laszt adjunk, ami �jat is hoz ebben a r�gi t�m�ban, a t�ridõ hagyom�nyos, anyagk�zpont� felt�rk�pez�se helyett a zs�k elm�let �ltal defini�lt, f�ny alap� m�rt�ket fogunk haszn�lni. Kezdj�k az elej�n. Induljunk el abb�l az �llapotb�l, amikor egy ki�gett nagym�retû csillagb�l neutroncsillag v�lik, majd a gravit�ci� hat�s�ra �sszeroppan, �s elkezdõdik a fekete lyukk� v�l�s folyamat�nak utols� f�zisa. Az egyre jobban �sszesûrûs�dõ plazma egyre nagyobb m�rt�kben deform�lja el a teret, amit a f�nysugarak egyre nagyobb m�rt�kû elhajl�sa mutat. Az �ltalunk haszn�lt koordin�tarendszerben azonban adott t�megû anyagot nem lehet a v�gtelens�gig �sszenyomni. Mondhatn�nk azt is, hogy a t�r nem visel el korl�tlan anyagsûrûs�get, hab�r a v�lasz enn�l j�val �sszetettebb, ez�rt ezt a k�rd�st itt bõvebben nem t�rgyaljuk. Ha tov�bb k�vetj�k az �sszenyom�d�s folyamat�t, tal�lunk egy olyan pontot, ahol befel� zuhan�sra m�r nem mondhatjuk, hogy befel� zuhan�s, hiszen hi�ba haladunk tov�bbra is ir�nyv�ltoztat�s n�lk�l, m�gsem ker�l�nk k�zelebb a centrumhoz, sõt... Egy idõ ut�n hat�rozottan azt m�rj�k majd, hogy t�volabb ker�lt�nk tõle. A t�r itt zs�k szerûen felf�v�dik �s folyamatosan t�gul. Egy ide�lis, m�r teljesen kialakult, �gy nevezett Schwarzschild fekete lyuk eset�n ennek a belsõ t�rr�sznek vannak olyan pontjai is, melyek k�z�ppontt�l �ltalunk m�rt t�vols�ga v�gtelen. A v�geredm�ny egy f�reglyuk k�t univerzum k�z�tt. A t�r most le�rt helyi felf�v�d�sa tekinthetõ egy �j univerzum sz�let�s�nek is. Gyan�that�, hogy a mi õsrobban�sunk is egy ilyen esem�ny lehetett, mi pedig egy ilyen, fekete lyukban megsz�letett univerzumban �l�nk. Ezek alapj�n a c�mben feltett k�rd�sre nyugodtan adhatunk igenlõ v�laszt.

Fekete lyuk

A t�rid� olyan tartom�nya, amelyb�l anyag �s energia nem l�phet ki. Eredetileg csillag vagy galaxismag, ami �sszeh�z�dott, eg�szen addig az �llapotig, amikor a sz�k�si sebess�ge meghaladja a f�nysebess�get. Hat�rvonala az �n. esem�nyhorizont: az esem�nyhorizonton bel�l keletkez� f�ny soha nem juthat ki. Felt�telezik, hogy mindenf�le t�meg� fekete lyuk l�tezhet. N�h�ny er�s r�ntgensug�rz�st kibocs�t� kett�scsillag t�rsa lehet fekete lyuk. Felt�telezik, �s egyre ink�bb bizony�t�st nyer, hogy galaxisunk k�z�ppontj�ban egy 2,6 milli� napt�meg� fekete lyuk van, amely a belezuhan� anyag miatt er�s r�ntgensug�rz�sforr�s.

A fekete lyuk kialakul�s�nak l�p�sei:

A fekete lyukba zuhan�s term�szetrajza

Visszanyerhetn�nk-e sz�m�t�g�p�nk inform�ci�it, ha az egy fekete lyukba zuhanna? Egy elm�let szerint a fekete lyuk �ltal kisug�rzott r�szecsk�kben ott lesz az �sszes olyan r�szecske, amelyekb�l elvileg el�sz�r sz�m�t�g�p�nk atomjait, majd atomr�l-atomra az eg�sz szerkezetet �sszerakhatjuk. Az al�bbi �ssze�ll�t�s a fizikai tud�s hat�raival foglalkoz� sorozat m�sodik r�sze, amely a Scientific American c. tudom�nyos-ismeretterjeszt� lap k�l�nsz�ma alapj�n k�sz�lt. A fekete lyukak �s az inform�ci�s paradoxon viszony�t bemutat�, Leonard Susskind toll�b�l sz�rmaz� cikket J�ki L�szl� fizikus "szel�d�tette meg" �s eg�sz�tette ki Olvas�ink sz�m�ra. Vissza lehet-e szerezni azt az inform�ci�t, amit egy fekete lyuk �ltal elnyelt anyag hordozott? Ha a reg�ny�nk k�zirat�t �rz� sz�m�t�g�p belezuhan egy fekete lyukba, akkor m�v�nk �r�kre elveszett? Els�re egyszer�nek t�nik a v�lasz: az inform�ci�t nem lehet visszaszerezni. Viszont ha el�g sok�ig v�runk, akkor a fekete lyuk elp�rolog, kisug�rozza teljes t�meg�t, az elemi r�szecsk�kb�l teh�t elvileg �ssze�ll�that� a hajdan elnyelt anyagminta. Persze erre sokat kellene v�rni, kb. 1070 �vet. (Ebben az �r�sban csak nagyon nagy �s nagyon kis sz�mok szerepelnek, olyan nagyok �s olyan kicsik, hogy azokra a nagys�grendekre szavunk sincs, ez�rt hatv�nyform�ban �rjuk fel �ket. 1070 szok�sos le�r�s�n�l az 1-es sz�m ut�n 70 db null�t kell �rni. �sszehasonl�t�sul: a Vil�gegyetem eddigi �letkora "mind�ssze" kb 15 milli�rd �v, vagyis 1,5 x 1010 �v.) Stephen W. Hawking szerint az inform�ci� gyakorlatilag elveszik. A klasszikus- �s a kvantumfizik�ban �rv�nyes�l� mikroreverzibilit�s, vagyis az esem�nyek megford�that�s�ga a fekete lyuk vil�g�ban s�r�l: a fekete lyukak a visszaford�thatatlans�g forr�sai a term�szetben. Gerard't Hooft, a fizikai Nobel-d�j 1999. �vi egyik elnyer�j�nek �ll�spontja szerint a fekete lyukak sem s�rthetik meg a kvantummechanika j�l ismert t�rv�nyeit. Ha nem �rv�nyes a mikroreverzibilit�s, akkor az energiamegmarad�s sem teljes�l. Ha Hawkingnak igaza lenne, akkor a Vil�gegyetem h�m�rs�klete a m�sodperc t�rtr�sze alatt 1031 fokra emelkedne. A legnagyobb fizikusok v�lem�nye teh�t megoszlik. Hawking �ll�t�sa, miszerint a fekete lyuk inform�ci�t nyel el, a kvantummechanika �s az �ltal�nos relativit�selm�let k�z�tti komoly ellentmond�s lehet�s�g�re h�vta fel a figyelmet. A probl�m�t inform�ci�s paradoxonnak nevezik. Ha a folyamatok megford�that�s�ga nem teljes�l, akkor energia keletkezhet vagy sz�nhet meg. Az inform�ci�veszt�s hatalmas energiamennyis�g keletkez�s�hez vezetne, ez�rt Hooft �s az �r�s szerz�je, Leonard Susskind szerint l�teznie kell egy olyan megold�snak, amellyel ez elker�lhet�, vagyis a fekete lyukba hullott inform�ci� valahogyan el�rhet� a k�lvil�g sz�m�ra.

Egy fekete lyuk term�szetrajza

Egyesek szerint a fekete lyukon bel�li t�rt�n�seken elm�lkedni teljesen felesleges. A szerz� szerint viszont ezen m�lik, mik lesznek a j�v�ben a fizika t�rv�nyei. A fekete lyukon bel�li k�lcs�nhat�sok az elemi r�szecsk�k k�zti k�lcs�nhat�sok sz�ls�s�ges esetei. A mai r�szecskegyors�t�kkal el�rhet� energi�kon (10¹² elektronvolt) a r�szecsk�k k�zti gravit�ci�s k�lcs�nhat�s elhanyagolhat�. Ha a r�szecske energi�ja sok-sok nagys�grenddel nagyobb, pl. 10²⁸ elektronvolt lenne, akkor a gravit�ci� v�lna a meghat�roz� k�lcs�nhat�ss�, a t�bbi hat�sa elhanyagolhat� lenne hozz� k�pest. Az lenne j�, ha k�s�rletekben tanulm�nyozhatn�nk ezeknek a fantasztikusan nagy, �n. Planck-energi�j� r�szecsk�knek a k�lcs�nhat�sait, �s a k�s�rleti eredm�nyekre �p�thetn�nk a fizika �j elm�leteit. Ez azonban lehetetlen, mivel becsl�sek szerint a Planck-energi�k el�r�s�hez akkora gyors�t�ra lenne sz�ks�g, mint amekkora a ma ismert Vil�gegyetem.

Maradnak teh�t az elm�leti vizsg�latok. Sok fizikus azt gyan�tja, hogy az elemi r�szecsk�knek olyan, ma m�g ismeretlen bels� szerkezete van, amelyet a Planck-energi�k fizik�ja hat�roz meg. Planck-energi�kon zajl� r�szecske�tk�z�sekn�l olyan hatalmas t�meg koncentr�l�dhat par�nyi t�rfogatban, hogy fekete lyuk j�n l�tre, majd elp�rolog.

Fekete lyuk akkor keletkezik, ha annyi t�meg, annyi energia s�r�s�dik �ssze egy kis t�rfogatban, hogy a gravit�ci� legy�zi az �sszes t�bbi er�t, �s minden �sszeomlik a saj�t t�mege alatt. Az anyag elk�pzelhetetlen�l kis t�rfogatba, �n. szingularit�sba nyom�dik �ssze, a s�r�s�g pedig gyakorlatilag v�gtelen a belsej�ben. A szingularit�st egy k�pzeletbeli fel�let, az �n. esem�nyhorizont veszi k�r�l. E horizont k�t tartom�ny hat�rvonala, a fekete lyuk bels� �s k�ls� r�sz�t v�lasztja el egym�st�l. A horizonton bel�lr�l nincs visszat�r�s, a bels� tartom�nyb�l semmi sem l�phet ki a k�ls�be. Ha a fekete lyuk t�mege akkora, mint egy galaxis�, akkor a horizont 10¹¹ kilom�terre terjed ki a k�z�ppontt�l (k�r�lbel�l ekkora a Naprendszer). Ha a fekete lyuk t�mege napt�megnyi, a horizont 1 kilom�teres, egy kisebb hegy t�meg�t mag�ba foglal� fekete lyuk horizontja m�r csak 10^-13 cm, ami nagyj�b�l egyetlen proton m�rete.