Θα μπορούσε ολόκληρο το σύμπαν μας να βρίσκεται μέσα σε μια μαύρη τρύπα; Είναι μια ερώτηση που ίσως να ακούγεται πολύ παράξενη, αλλά πρόσφατες έρευνες δείχνουν ότι αξίζει να την αναλογιστούμε.
Μαύρες τρύπες
Ας ξεκινήσουμε από τα βασικά: Οι μαύρες τρύπες είναι περιοχές όπου ο χωροχρόνος έχει καμπυλωθεί τόσο πολύ, που πρακτικά καμιά πληροφορία δεν μπορεί να δραπετεύσει από αυτές. Στην απλούστερη μορφή της μια μαύρη τρύπα είναι μια κούφια σφαίρα που στο κέντρο της έχει ένα σημείο άπειρης πυκνότητας. Το σημείο αυτό το ονομάζουμε «μοναδικότητα». Θεωρητικά, όλη η ύλη που απορροφά η μαύρη τρύπα καταλήγει πάντα σε αυτό το σημείο.
Η σκοτεινή περίμετρος της μαύρης τρύπας είναι ο «ορίζοντας γεγονότων». Από τη στιγμή που ένα σώμα διαβεί τον ορίζοντα αυτόν, δεν έχει πια καμιά δυνατότητα να βγει απ’ τη μαύρη τρύπα.
(Εικόνα από το βιβλίο «Προς τ’ άστρα», Εκδόσεις Διόπτρα)
Παρατηρήσιμο σύμπαν
Πάμε τώρα να δούμε τι ξέρουμε για το Σύμπαν. Καταρχάς, γνωρίζουμε ότι διαστέλλεται εδώ και 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Αν πάμε, λοιπόν, πίσω στις απαρχές του Σύμπαντος, θα δούμε ότι όλα όσα βλέπουμε σήμερα στον κόσμο βρίσκονταν κάποτε σε μια απειροστά μικρή περιοχή, με τεράστια θερμοκρασία και πυκνότητα που έτεινε στο άπειρο. Δηλαδή, όλα προήλθαν από μια μοναδικότητα.
Επίσης, γνωρίζουμε ότι το σύμπαν που μπορούμε να παρατηρήσουμε έχει διάμετρο 93 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Πέρα από αυτή την απόσταση είναι αδύνατο να αντλήσουμε πληροφορίες, γιατί το φως των πιο απομακρυσμένων περιοχών δεν έχει προλάβει ακόμα να φτάσει σε εμάς. Άρα, κατά μια έννοια, η περίμετρος του παρατηρήσιμου Σύμπαντος, είναι σήμερα ένας ορίζοντας γεγονότων για εμάς.
Ύποπτες ομοιότητες
Αυτές οι δύο ομοιότητες που έχει το Σύμπαν με τις μαύρες τρύπες, δηλαδή η μοναδικότητα και ο ορίζοντας γεγονότων, ίσως να μη μας λένε πολλά από μόνες τους. Σκεφτείτε όμως το εξής: Ξέρουμε ότι οποιοδήποτε αντικείμενο μπορεί να γίνει μαύρη τρύπα εάν συμπιεστεί αρκετά. Για παράδειγμα, αν θέλαμε να κάνουμε τον Ήλιο μας μαύρη τρύπα, θα έπρεπε να περιορίσουμε τη μάζα του σε μια σφαίρα διαμέτρου 6 χιλιομέτρων. Ο πλανήτης Δίας θα μετατρεπόταν σε μαύρη τρύπα αν τον συμπιέζαμε μέσα σε μια σφαίρα διαμέτρου 5,6 μέτρων, ενώ η Γη θα έπρεπε να περιοριστεί σε 18 μόλις χιλιοστά!
Άραγε πόσο θα έπρεπε να συμπιέσουμε ολόκληρο το Παρατηρήσιμο Σύμπαν, ώστε να γίνει μαύρη τρύπα; Η απάντηση είναι κάπως ανατριχιαστική. Το Σύμπαν δεν χρειάζεται να συμπιεστεί. Όσο απίστευτο κι αν ακούγεται, μια μαύρη τρύπα με τη μάζα του παρατηρήσιμου σύμπαντος θα ήταν τόσο μεγάλη όσο το παρατηρήσιμο σύμπαν! Θα μπορούσε λοιπόν το Σύμπαν μας να είναι το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας; Πρόσφατα δημοσιεύτηκε μια μελέτη που αναζωπύρωσε αυτή τη συζήτηση.
Περιστροφή γαλαξιών
Παρατηρήσεις που έκανε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, έδειξαν ότι σε ένα δείγμα 263 αρχαίων γαλαξιών, τα 2/3 από αυτούς περιστρέφονται αντίθετα από την περιστροφή του Γαλαξία μας και το 1/3 σύμφωνα με την περιστροφή του Γαλαξία μας.
Αυτό μοιάζει παράδοξο, γιατί παραβιάζει μια βασική Κοσμολογική αρχή που σε γενικές γραμμές λέει ότι το Σύμπαν πρέπει να μοιάζει ίδιο σε όποια κατεύθυνση κι αν κοιτάξουμε. Κανονικά, δηλαδή, η κατεύθυνση περιστροφής των γαλαξιών θα έπρεπε να είναι μοιρασμένη, με τους μισούς γαλαξίες να περιστρέφονται προς τη μια κατεύθυνση και τους άλλους μισούς προς την άλλη. Γιατί, λοιπόν, να υπάρχει προτιμητέα κατεύθυνση περιστροφής των γαλαξιών;
Η απάντηση ίσως να βρίσκεται και πάλι στις μαύρες τρύπες. Οι μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν ένας περιστρεφόμενος αστέρας καταρρέει βαρυτικά. Έτσι, οι μαύρες τρύπες που προκύπτουν είναι περιστρεφόμενες! Όμως, οι μαύρες τρύπες δεν είναι συμπαγή αντικείμενα, αλλά καμπυλώσεις, δηλαδή γούβες μέσα στον χωροχρόνο. Άρα τι είναι αυτό που περιστρέφεται ακριβώς μέσα σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα; Η απάντηση είναι ο ίδιος ο χωροχρόνος! Ολόκληρη η γεωμετρία του χωροχρόνου περιδινίζεται και παρασέρνει τα αντικείμενα. Αν δηλαδή φανταστούμε τον χωροχρόνο σαν ένα σεντόνι πάνω στο οποίο βρίσκονται οι αστέρες και οι πλανήτες, το ίδιο το σεντόνι καμπυλώνεται και περιστρέφεται!
Άρα, αν οι γαλαξίες έχουν προτιμητέα κατεύθυνση περιστροφής μπορεί να σημαίνει ότι το ίδιο το Σύμπαν μας έχει εκ γενετής κάποια εγγενή περιστροφή. Κάτι που ταιριάζει με την υπόθεση ότι το Σύμπαν μας είτε γεννήθηκε από μια μαύρη τρύπα είτε βρίσκεται μέσα σε αυτήν.
Απαγορευτική αρχή και μοναδικότητα
Στα τέλη του Μαΐου του 2025, δημοσιεύτηκε μια ακόμα μελέτη που δίνει τροφή στη συζήτηση περί Σύμπαντος και μαύρων τρυπών. Οι ερευνητές προέκτειναν την περίφημη απαγορευτική αρχή του Pauli της Κβαντικής Μηχανικής, στον σχηματισμό των μαύρων τρυπών και έφτασαν έτσι σε κάποια πολύ εντυπωσιακά συμπεράσματα.
Συνοπτικά, αυτό που περιγράφεται στη μελέτη θυμίζει λίγο τις εκρήξεις supernova. Όπως έχουμε πει σε σχετικό βίντεο, όταν τα καύσιμα ενός υπεργίγαντα αστέρα τελειώσουν, ο αστέρας καταρρέει και τα υλικά του κινούνται προς το κέντρο του. Στη συνέχεια ανακλώνται πάνω στον υπερβολικά πυκνό αστρικό πυρήνα, με αποτέλεσμα να διασκορπιστούν προς όλες τις κατευθύνσεις του διαστήματος με μια έκρηξη supernova.
Αντίστοιχα, σύμφωνα με τη μελέτη, κατά την κατάρρευση ενός αστέρα και τον σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας, δεν καταλήγουν τα πάντα σε μια μοναδικότητα, αλλά η ύλη αντιστέκεται στην περαιτέρω συμπίεσή της, λόγω μιας νέας απαγορευτικής αρχής, δημιουργώντας πίεση προς τα έξω. Έτσι, αντί να καταρρεύσουν τα πάντα σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας, η ύλη ανακλάται στην πυκνή κεντρική περιοχή της μαύρης τρύπας και κινείται προς τα έξω.
Τα μαθηματικά της μελέτης αυτής εμφανίζουν τεράστιες ομοιότητες με τη Θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, αφού με αφετηρία μια πολύ πυκνή περιοχή η ύλη άρχισε να μοιράζεται μέσα σε έναν ολοένα και μεγαλύτερο χώρο.
Για τον κάτοικο της μαύρης τρύπας, το σύμπαν στο οποίο ζει θα ακολουθεί κανονικά τους δικούς του νόμους. Θα το βλέπει να διαστέλλεται και θα βλέπει σιγά σιγά να σχηματίζονται γαλαξίες, αστέρες και πλανήτες. Βέβαια, η μαύρη τρύπα αυτή εξακολουθεί να βρίσκεται σε ένα μητρικό Σύμπαν, από το οποίο είναι για πάντα αποκομμένη.
Προβλήματα και αμφιβολίες
Ένα από τα βασικά προβλήματα αυτής της υπόθεσης είναι ότι είναι αρκετά θεωρητική και δεν εξηγεί με άμεσο και επαληθεύσιμο τρόπο φαινόμενα όπως την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος που παρατηρούμε σήμερα.
Επίσης, το Σύμπαν δεν έχει έναν αυστηρά καθορισμένο ορίζοντα γεγονότων για όλους του παρατηρητές. Δηλαδή, άλλο παρατηρήσιμο σύμπαν έχουμε εμείς εδώ στον Γαλαξία μας, και άλλο παρατηρήσιμο σύμπαν έχει κάποιος παρατηρητής σε κάποιον μακρινό γαλαξία. Και, συν τοις άλλοις, τα σύνορα του παρατηρήσιμου σύμπαντος μεταβάλλονται με τον χρόνο.
Η μελέτη προβλέπει ότι ο χωροχρόνος σε μια τέτοια μαύρη τρύπα-σύμπαν, έχει μια μικρή αλλά μη μηδενική καμπυλότητα, κάτι που μέχρι στιγμής δεν έχει επαληθευτεί. Βέβαια, η ύπαρξη μιας τέτοιας πρόβλεψης είναι κάτι πολύ θετικό, διότι καθιστά τη θεωρία διαψεύσιμη και, άρα, επιστημονική. Κι αν η ιδέα μιας νέας απαγορευτικής αρχής, που εμποδίζει την κατάρρευση της ύλης σας ακούγεται αυθαίρετη, πρέπει να σας πω ότι η ιδέα ενός σημείου άπειρης πυκνότητας, δεν έχει φυσικό νόημα και είναι πολύ πιο ενοχλητική για τους Φυσικούς.
Σε ό,τι αφορά την ασύμμετρη περιστροφή των γαλαξιών, μια εναλλακτική και απλούστερη εξήγηση. που δίνεται και στην ίδια τη μελέτη, είναι ότι ίσως οι μετρήσεις των περιστροφών των γαλαξιών να επηρεάζονται από την περιστροφή του δικού μας Γαλαξία κι έτσι να δημιουργείται σε εμάς η ψευδαίσθηση της προτιμώμενης περιστροφής των γαλαξιών.
Προκύπτουν βέβαια και κάποια φιλοσοφικά παράδοξα: Αν είμαστε μέσα σε μια μαύρη τρύπα, τότε σημαίνει ότι γύρω από αυτή τη μαύρη τρύπα υπάρχει ένα μητρικό μεγάλο Σύμπαν μέσα στο οποίο ανήκουμε. Και σε αυτό το μεγάλο Σύμπαν θα υπάρχουν κι άλλες μαύρες τρύπες, οι οποίες θα είναι επίσης μικρά σύμπαντα.
Αν όμως κάθε μαύρη τρύπα είναι ένα σύμπαν, τότε οι μαύρες τρύπες που είναι μέσα στο δικό μας σύμπαν, είναι στην ουσία σύμπαντα μέσα σε σύμπαντα. Τα οποία θα έχουν τις δικές τους μαύρες τρύπες-σύμπαντα… Δημιουργείται έτσι μια άπειρη ακολουθία μαύρων τρυπών-συμπάντων, η οποία δεν τελειώνει ποτέ και θυμίζει λίγο την ακολουθία προσομοιωμένων κόσμων στην υπόθεση της προσομοίωσης. Φυσικά, τίποτα δεν αποκλείει ο κόσμος να είναι πράγματι τόσο παράξενος. Άλλωστε και οι σύγχρονες εξηγήσεις για τη γέννηση του Σύμπαντος δείχνουν ότι πρέπει να υπάρχει ένας φυσικός μηχανισμός που γεννά πολλά σύμπαντα.
Ένα άλλο ερώτημα που προκύπτει είναι τι συμβαίνει όταν μια μαύρη τρύπα απορροφά κι άλλα υλικά; Μεγαλώνει το σύμπαν; Επίσης, τι συμβαίνει όταν δύο μαύρες τρύπες συγχωνεύονται σε μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα; Σχηματίζεται ένα μεγαλύτερο σύμπαν ή μεταβάλλονται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά δύο ανεξάρτητων συμπάντων; Θα μπορούσε κάτι τέτοιο άραγε να εξηγήσει τη σκοτεινή ενέργεια, την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος και τη σκοτεινή ύλη; Και κάπως έτσι μπαίνουμε στον αβέβαιο χώρο της εικασίας…
Νέα κοσμολογικά μονοπάτια
Ζούμε λοιπόν στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας; Προσωπικά είμαι κάπως σκεπτικός απέναντι σε αυτή την ιδέα. Γιατί, παρά τις όποιες μαθηματικές ομοιότητες ανάμεσα στις μαύρες τρύπες και το παρατηρήσιμο σύμπαν, δεν υπάρχουν πειραματικά δεδομένα που να καταδεικνύουν ότι το Σύμπαν μας είναι πράγματι το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας.
Άλλωστε, εξακολουθούν να υπάρχουν αρκετές αναντιστοιχίες ανάμεσα στην κλασική κοσμολογία και την κοσμολογία των μελανών οπών. Είναι, όμως, μια ενδιαφέρουσα υπόθεση, στην οποία πρέπει να είμαστε ανοιχτοί. Κι αυτή είναι η ομορφιά της επιστήμης: Γιατί ακόμα και εάν καταρριφθεί αυτή η υπόθεση, τα συμπεράσματα που θα προκύψουν μέσα από τη ζύμωση των ιδεών θα είναι πολύτιμα και θα ωθήσουν την επιστήμη της Κοσμολογίας σε νέα συναρπαστικά μονοπάτια.
Σημειώσεις και πηγές:
1. Το paper που δείχνει την ασύμμετρη περιστροφή των γαλαξιών: https://academic.oup.com/mnras/article/538/1/76/8019798
2. Το paper περί απαγορευτικής αρχής που εμποδίζει την κατάρρευση σε ένα σημείο άπειρης πυκνότητας στις μαύρες τρύπες: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.111.103537
3. Πολύ ενδιαφέρον άρθρο για την κοσμολογία των μελανών οπών: https://bigthink.com/hard-science/baby-universes-black-holes-dark-matter/
4. Ενδιαφέρον άρθρο για την ασύμμετρη περιστροφή των γαλαξιών: https://www.space.com/space-exploration/james-webb-space-telescope/is-our-universe-trapped-inside-a-black-hole-this-james-webb-space-telescope-discovery-might-blow-your-mind
5. Για περισσότερα για τις μαύρες τρύπες, δείτε το σχετικό playlist: https://www.youtube.com/playlist?list=PLjTkMlGEe9HylWD5GYVLDXCLHy_Dxcouo
6. Τι σημαίνει ότι το «Παρατηρήσιμο Σύμπαν» είναι τόσο μεγάλο όσο μια μαύρη τρύπα ίδιας μάζας;
Για να υπολογίσουμε την ακτίνα μιας μαύρης τρύπας, αρκεί να ξέρουμε τη μάζα της και να χρησιμοποιήσουμε τον τύπο για την ακτίνα Schwarzschild. Ο τύπος αυτός είναι r=2GM/c^2
[όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός: c=2,998×10^8 m/s και G η σταθερά της παγκόσμιας έλξης: G=6,67×10^(-11) N·(m/kg)^2]
Εξήγηση: Η συνολική μάζα-ενέργεια του παρατηρήσιμου σύμπαντος υπολογίζεται ότι είναι μεταξύ 10^53 με 10^54 kg, και η ακτίνα του είναι 4,4×10^26 m. Χρησιμοποιώντας τη μάζα αυτή, βρίσκουμε πράγματι ακτίνες της τάξης μεγέθους του παρατηρήσιμου σύμπαντος.
Ακόμα πιο εντυπωσιακή είναι η ταύτιση εάν χρησιμοποιήσουμε ως “ορίζοντα γεγονότων” τη σφαίρα του Hubble, δηλαδή την περιοχή πέρα από την οποία οι γαλαξίες απομακρύνονται με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός. Η περιοχή αυτή έχει μια μάζα περίπου 9×10^52 kg. Η ακτίνα της αντίστοιχης μαύρης τρύπας βγαίνει σχεδόν ίδια με την ακτίνα της σφαίρας του Hubble, δηλαδή 1,37×10^26 m (λίγο πάνω από 14 δις έτη φωτός)!
Δεν υπάρχει κανένας πρακτικός λόγος τόσο το παρατηρήσιμο σύμπαν όσο και η σφαίρα του Hubble να έχουν ακτίνες ίδιας τάξης μεγέθους με μια αντίστοιχη μαύρη τρύπα. Αυτό μπορεί να είναι απλώς μια εντυπωσιακή σύμπτωση ή να μας λέει κάτι για τη φύση του Σύμπαντος.
[Στο βίντεο για λόγους απλοποίησης απέφυγα να αναφερθώ ξεχωριστά στο παρατηρήσιμο σύμπαν και τη σφαίρα του Hubble, διότι θα γινόταν αρκετά δυσνόητο. Για περισσότερα για τη σφαίρα του Hubble δείτε αυτό το βίντεο: https://www.youtube.com/watch?v=rwN1swPwlGY].
