Vielä vähän aikaa sitten arveltiin, että mustassa aukossa voi sinnitellä muutaman tunnin.
Nyt eräät tutkijat ounastelevat, että aukossa on oma avaruus, jossa voi viettää ikuisuuden.


Nyt eräät tutkijat ounastelevat, että aukossa on oma avaruus, jossa voi viettää ikuisuuden.


Julkaistu Tiede-lehdessä 8/2008



Olet ajautumassa matkalle, josta et koskaan pääse kertomaan muille. Lähestyt nimittäin mustan aukon tapahtumahorisonttia, rajaa, jonka takaa ei ole paluuta. Sen tuolta puolen ei pakene edes valo, sähköpostista puhumattakaan.

Loppu on lähellä, sillä tapahtumahorisontin ohitettuasi syöksyt aukossa lymyävään kaiken tuhoavaan pisteeseen, niin sanottuun singulariteettiin. Tämän sanelee yleinen suhteellisuusteoria.

Hieman ehkä lohduttaa, että Sydneyn yliopiston tutkija Geraint Lewis kumppaneineen osaa neuvoa, miten maksimoit jäljellä olevan aikasi. Ohjeita seuraamalla voit ihastella aukon sisuksia jopa tunteja.

 Mutta sinulla saattaa olla aikaa enemmänkin, jopa rajattomasti. Tähän häkellyttävään tulokseen päätyivät hiljattain englantilaiset tutkijat, jotka suhteellisuusteorian sijaan käyttivät uutta, vasta kehitteillä olevaa silmukkakvanttigravitaatioteoriaa.


Kuilu kuin vuorenrinne

Musta aukko löytyi yleisen suhteellisuusteorian kenttäyhtälöistä heti 1900-luvun alussa. Teorian mukaan aukon massa keskittyy äärettömän tiheäksi pisteeksi, singulariteeksi. Jos ajattelemme aika-avaruutta kumikalvona, musta aukko on loputtoman syvä kuilu, jonka pohjalla on singulariteetti. Aukon massa määrää kuilun syvyyden.
Singulariteetti on omituisuus, johon fyysikkojen nykyiset työkalut eivät pysty - ei suhteellisuusteoriakaan. Se on tavallaan aika-avaruuden reikä. Onneksi sitä ympäröi tapahtumahorisontti, joka ehkäisee reiässä mahdollisesti piilevää outoa fysiikkaa vuotamasta ympäristöön.

Tapahtumahorisontti on ikään kuin yksisuuntainen pinta. Sitä voi verrata jyrkkään vuorenrinteeseen, josta on helppo luiskahtaa mutta jota on mahdoton kivuta takaisin. Tapahtumahorisontin ylittäminen ei kuitenkaan tunnu miltään. Oivallat ottaneesi ratkaisevan askeleen vasta, kun yrität palata.

Isoon voi sujahtaa ehyenä

Joihinkin aukkoihin on mahdollista pujahtaa yhtenä kappaleena.




- 1784 Englantilainen pappi John Michell päättelee Isaac Newtonin vetovoimasta pimeiden tähtien (dark stars) olemassaolon.
- 1795 Ranskalainen matemaatikko Pierre Laplace päättelee samoin. Hän puhuu näkymättömistä kappaleista (corpus obscures).
- 1916 Saksalainen matemaatikko Karl Schwarzschild "löytää" mustat aukot suhteellisuusteoriasta.
- 1967 Yhdysvaltalainen fyysikko John Wheeler ottaa käyttöön nimityksen musta aukko.
- 1969 Mustat aukot hyväksytään todellisiksi taivaankappaleiksi, sillä niitä tarvitaan selittämään kvasaarien suuri kirkkaus.
- 1971 Ensimmäinen musta aukko -ehdokas, Gygnus X-1, havaitaan.
- 1974 Englantilainen fyysikko Stephen Hawking laskee, että mustat aukot säteilevät. Säteily nimetään hänen mukaansa.
- 1990-2002 Tehdään lisää havaintoja aukoista. Linnunradan keskustan radiosäteilijä Sagittarius A* osoittautuu mustaksi aukoksi.
- 2007 Tietokoneet mahdollistavat kvanttigravitaatioteorioiden testaamisen aukkojen sisässä. Näyttää siltä, ettei aukon aine olekaan kertynyt singulariteetiksi.









Jarruta ja kiihdytä harkiten

Niin nurinkuriselta kuin se tuntuukin, aukon sisässä putoat vapaasti aivan kuten astronautit aluksessaan. Sinuun vaikuttavat ainoastaan vähäiset vuorovesivoimat.

Matkallasi on vain yksi suunta, kohti singulariteettia. Ehkä käynnistät vaistomaisesti aluksesi rakettimoottorit jarruttaaksesi vauhtiasi. Varo, saatat näin lyhentää jäljellä olevaa elämääsi.

- Kyse on suhteellisuusteorian aikadilataatiosta. Reitti, jota seuraat vapaassa pudotuksessa, maksimoi selviytymisaikasi. Jos yrität tehdä jotain ovelaa raketillasi, tulet kiihdyttäneeksi kulkuasi ja koet matkasi kestävän lyhyemmän aikaa kuin vapaassa pudotuksessa, Lewis selittää.

Tämä pätee kuitenkin vain silloin, kun matka alkaa tapahtumahorisontin rajalla levosta. Näinhän ei luonnossa käy, koska ei alusta voi siinä äkkipysäyttää.

- Mutta jos käytät aluksesi moottoreita sopivasti, voit saavuttaa nopeuden, joka sinulla olisi aloitettuasi matkan levosta. Näin pääset ihanteelliselle vapaan pudotuksen reitille, Lewis jatkaa.

Kun siis optimoit rakettisi kulun, sinulla on aikaa tarkastella eksoottista ympäristöä muutamia tunteja, ennen kuin singulariteettia kohti kasvavat vuorovesivoimat alkavat venyttää sinua kohti katkeamispistettä.


Repeytyminen vältettävissä?

- Yleisen suhteellisuusteorian ennustamat singulariteetit eivät ole kaikkien fyysikkojen mielestä kovin uskottavia, toteaa Winnipegin yliopiston tutkija Ari Peltola, joka on itse tutkinut muun muassa mustien aukkojen säteilyä.

Kvanttigravitaatio on teoria, jonka avulla päästään ehkä eroon singulariteeteista.
- Kvanttigravitaatio pyrkii selittämään vetovoiman pienen mittakaavan ilmiöiden perusteella. Se tavallaan yhdistää kvanttifysiikan ja suhteellisuusteorian, Peltola kertoo.

Lontoon University Collegessa työskentelevä Christian Böhmer työtovereineen "heitti" hiljattain ainetta mustaan aukkoon. Hän käytti niin sanottua silmukkakvanttigravitaatiota, joka on yksi ehdokas kvanttigravitaatioteoriaksi. Siinä aika-avaruus koostuu pienen pienistä, toisiinsa kietoutuneista silmukoista.

Tutkijat näkivät tietokonelaskuissaan, että aukon singulariteetti hävisi. Sen sijaan aukon sisästä paljastui omituinen avaruuden alue, johon putoava kokisi matkansa jatkuvan äärettömän kauan.

Mielelläänhän sitä muutaman tunnin vaihtaisi ikuisuuteen. Mutta kun teoriat ovat vielä keskeneräisiä, nykylaskelmiin ei voi täysin luottaa.

- Böhmerin ja kumppaneiden tulokset kuitenkin viittaavat siihen, että singulariteettiongelma on ratkaistavissa, Ari Peltola toteaa.

Myös Geraint Lewis uskoo kvanttigravitaation paljastavan aikanaan, mitä mustissa aukoissa todella tapahtuu ja kuinka kauan siellä pystyy sinnittelemään.

- Toistaiseksi meillä ei kuitenkaan ole muuta keinoa selvittää aukon oloja kuin syöksyä sinne, Lewis naurahtaa. - Harmi, että­ tutkijan löydöt jäävät vain hänen tietoonsa.



Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.