Tu przyszłość może wpływać na przeszłość. Fizyka przestaje działać i wszystko staje się możliwe

W dyskusjach o czarnych dziurach zawsze pojawia się termin „horyzont zdarzeń”. Odnosi się on do granicy wokół czarnej dziury, poza którą nic – nawet światło – nie może się już wydostać z powodu ogromnej siły grawitacji. Dla zewnętrznego obserwatora wszystko, co zbliża się do tej granicy, wydaje się zwalniać i stopniowo zanikać.

Gdybyśmy jednak jakimś trafem przelecieli przez tę granicę i nie poddali się procesowi spaghettifikacji, czyli rozciąganiu wszystkiego w cienkie włókna, a potem rozerwaniu na strzępy, moglibyśmy trafić w wyjątkowo tajemnicze miejsce. Tam czas i przestrzeń zamieniają się miejscami. Ta druga granica to horyzont Cauchy’ego, nazwany od nazwiska francuskiego matematyka. Augustin-Louis Cauchy zajmował się problemami dotyczącymi przewidywalności równań matematycznych.

Najdziwniejsze miejsce we Wszechświecie

Jeśli horyzonty Cauchy’ego istnieją wewnątrz czarnych dziur, to ich wnętrza są najdziwniejszymi miejscami we Wszechświecie. Zacznijmy od tego, że cała klasyczna fizyka opiera się na przyczynowości. Bazuje na tym, że jedno zdarzenie prowadzi do kolejnego – przeszłość prowadzi do przyszłości, a teraźniejszość znajduje się pomiędzy nimi – i właśnie dlatego wszystko, co się dzieje, ma w naszym odczuciu sens.

Mając pełną informację o danym układzie w chwili obecnej, jesteśmy w stanie przewidzieć jego zmianę. I odwrotnie: znając stan obecny możemy określić przyczynę jego powstania. Weźmy prosty przykład: możemy dokładnie obliczyć, gdzie spadnie rzucony kamień lub wystrzelona kula armatnia, znając wcześniej ich dokładną masę oraz kształt, a także wszystkie działające na nie siły.

To się świetnie sprawdza, ale nie w dwóch specyficznych sytuacjach: w mechanice kwantowej oraz we wnętrzach pewnych czarnych dziur. Czarne dziury, bez względu na typ, mają masy tak ogromne, że sama struktura czasoprzestrzeni zaczyna się załamywać. Ale jeśli czarna dziura obraca się i posiada ładunek elektryczny (pierwsze jest w rzeczywistym świecie bardzo prawdopodobne, drugie – bardzo mało prawdopodobne), sytuacja może stać się jeszcze dziwniejsza.

Gdzie przeszłość staje się przyszłością

W normalnym życiu możemy poruszać się w dowolnym kierunku w przestrzeni, ale tylko w jednym kierunku w czasie. Jednak po przekroczeniu horyzontu zdarzeń czarnej dziury role te się odwracają. Możemy poruszać się tylko w jednym kierunku w przestrzeni – ku centrum czarnej dziury – natomiast pojęcie czasu, jakie znamy, niemal zanika. Zewnętrzny obserwator nadal widziałby nas zastygłych na granicy czarnej dziury z powodu dylatacji czasu wymaganej przez prawa ogólnej teorii względności, ale dla podróżujących przez czarną dziurę czas płynąłby normalnie. Przynajmniej do momentu przekroczenia horyzontu Cauchy’ego. Obszar za tą granicą jest pełen dziwnych struktur pojęciowych, zwanych zamkniętymi krzywymi czasopodobnymi.

Są one trochę podobne do wstęgi Möbiusa, ale dotyczą czasu zamiast przestrzeni. Oznacza to, że podróżując naprzód w przyszłość – co wszyscy robimy nieustannie – możemy trafić z powrotem do przeszłości, potem znów do teraźniejszości i tak dalej. Te niezwykłe pętle czasowe zostały uznane za teoretycznie możliwe w ramach praw teorii względności, dlatego tak często pojawiają się w dyskusjach o podróżach w czasie. Problem z zamkniętymi krzywymi czasopodobnymi polega jednak na tym, że całkowicie niszczą one samo pojęcie przyczynowości: wydarzenia z przeszłości nie muszą powodować skutków w przyszłości – może być dokładnie odwrotnie.

Napęd Nieskończonego Nieprawdopodobieństwa

W takich miejscach tkanka czasoprzestrzeni byłaby tak zakrzywiona i splątana, że nie dałoby się przewidzieć, co wydarzy się dalej. Przywołajmy poprzedni przykład z rzutem kamieniem. Za horyzontem Cauchy’ego rzucony przed siebie kamień mógłby trafić nas w tył głowy albo zamienić się w banana lub w stokrotki. Nawet mając wszystkie dostępne informacje o kamieniu w chwili rzutu, nie bylibyśmy w stanie przewidzieć ani wyjaśnić jego następnego ruchu. Wszystko całkowicie wymknęłoby się spod kontroli.

Można powiedzieć, że przypomina to nieco Napęd Nieskończonego Nieprawdopodobieństwa (Infinite Improbability Drive) z „Autostopem przez Galaktykę” Douglasa Adamsa. W książce ten fikcyjnym napędem statku kosmicznego „Heart of Gold” pozwalał podróżować szybciej niż światło poprzez manipulowanie prawdopodobieństwem. Zamiast „normalnie” przemieszczać statek przez przestrzeń, napęd sprawiał, że skrajnie nieprawdopodobne rzeczy stawały się chwilowo prawdopodobne. Innymi słowy: skoro istnieje choć minimalna szansa, że statek nagle znajdzie się w odległym punkcie Galaktyki, napęd wymuszał zaistnienie właśnie tej możliwości.

Tylko jak to wszystko pogodzić z naszym rozumieniem fizyki? Istnieje koncepcja zwana kosmiczną cenzurą, która zakłada, że każda astrofizyczna osobliwość – punkt nieskończonej gęstości, który według teorii znajduje się w centrum czarnej dziury – musi być ukryta przed zewnętrznym Wszechświatem, aby załamanie praw fizyki w osobliwości nie było obserwowalne. Tym samym przetestowanie hipotezy mówiącej, iż niektóre czarne dziury zawierają horyzonty Cauchy’ego, jest w tej chwili niemal niewykonalne. Jednak kto wie, co przyniosą kolejne lata?

Źródło: New Scientist

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.