Gaurile negre sunt adesea descrise ca entitati distructive periculoase care nu renunta niciodata la ceea ce le cade in mana. Dar daca gaurile negre sunt protectoare – ne feresc de efectele imprevizibile ale locurilor in care intelegerea noastra fizica a universului se prabuseste? Aceasta intrebare ar putea parea superficiala, chiar obraznica, dar, de fapt, se afla in centrul unui puzzle fizic de zeci de ani cunoscut sub numele de „cenzura cosmica”, la care cercetatorii ar putea fi in cele din urma aproape de a raspunde.
In interiorul gaurilor negre, fizica, asa cum o stim, se termina. Teoria noastra actuala a gravitatiei, teoria relativitatii generale a lui Einstein, prezice propriul esec in punctele din spatiu-timp numite „singularitati”. Conform ecuatiilor, in aceste puncte, campurile gravitationale se comporta imprevizibil, deseori intensificandu-se pana la nivele imposibil, infinit de inalte, in care ecuatiile in sine nu pot descrie ce se intampla.
Principiile fundamentale ale fizicii cer ca lumea fizica reala continua sa aiba sens in gaurile negre. Ele tind sa interpreteze acest esec al matematicii in sensul ca o fizica inca necunoscuta, care implica probabil mecanica cuantica, preia controlul asupra singularitatilor. Dar pana cand nu vor gasi o teorie care unifica gravitatia si fizica cuantica, ce se intampla cu exactitate in acele puncte ramane un mister.
Din fericire, cu singularitatile ascunse in gaurile negre, nu trebuie sa ne facem griji cu privire la posibilele lor efecte bizare asupra lumii externe. Dar daca aceste singularitati ar aparea in lumea exterioara – pe cont propriu? Implicatiile ar putea fi uriase. Deoarece nu avem inca o teorie completa pentru a descrie ceea ce se intampla in singularitati, nu putem avea incredere in povestea pe care o spune relativitatea generala. „Singularitatile goale, libere, fac ca relativitatea generala sa-si piarda puterea predictiva”, spune Yen Chin Ong, fizician la Universitatea Yangzhou din China, care a studiat natura singularitatilor in teoriile gravitationale.
In anii 1960, fizicianul britanic Roger Penrose lucra la matematica gaurilor negre si a singularitatilor, care i-a adus ulterior Premiul Nobel pentru fizica in 2020. In acel moment, nimeni nu a prezentat nicio dovada convingatoare ca ecuatiile relativitatii generale ar putea descrie aceste singularitati descoperite intr-un univers sensibil fizic. S-au materializat doar ascunse intr-o gaura neagra. Penrose a strans indicii care sugerau o ipoteza – o presupunere pe baza de informatii, nu o dovada etansa – ca relativitatea generala nu va face niciodata aceasta predictie. Aceasta presupunere sau ipoteza este cunoscuta sub numele de cenzura cosmica: cumva matematica trebuie sa functioneze astfel incat natura sa cenzureze acele singularitati „goale” din existenta.
Cenzura cosmica este o idee care le suna fizicienilor de parca ar trebui sa fie corecta si majoritatea presupun ca este. Desi cercetatorii au sugerat modalitati de a observa singularitati goale – semne observabile care le-ar putea distinge de gaurile negre – astronomii nu au vazut inca nicio dovada a acestora. Cu toate acestea, dupa mai mult de 50 de ani, nimeni nu a dovedit sau a respins ipoteza lui Penrose.
In primele cateva decenii dupa lucrarea initiala a lui Penrose, studiile teoretice au sustinut ideea ca cenzura cosmica este valabila. Apoi, in 2010, fizicienii Luis Lehner si Frans Pretorius au folosit o simulare pe computer pentru a arata ca suprafata exterioara a gaurilor negre se poate rupe in bucati si lasa in urma singularitati goale. Fracturarea vine insa cu o intorsatura curioasa. Se intampla printr-un proces, asa-numita instabilitate Gregory-Laflamme, care se poate intampla numai in universuri cu mai mult de trei dimensiuni ale spatiului. Cu alte cuvinte, aceste tipuri de instabilitati revelatoare de singularitati ar trebui sa fie imposibile in cele trei dimensiuni ale universului nostru, asa cum este descris de relativitatea generala.
In ciuda acestui avertisment, rezultatul are inca sens. Avand acest singur exemplu ca punct de plecare, cercetatorii pot cauta procese similare si pot intreba: „Se intampla asa ceva in universul nostru?” Daca raspunsul este nu, ei pot intreba „De ce nu?” Pau Figueras, fizician la Universitatea Queen Mary din Londra, spune ca aceasta abordare nu echivaleaza cu o dovada completa, dar ca este inca convingatoare. „Daca acest proces este singura modalitate de a incalca cenzura cosmica”, spune el, „iar gaurile negre astrofizice nu sunt afectate, atunci acest lucru ofera o modalitate de a demonstra ca ipoteza [lui Penrose] este adevarata in spatiu-timpul astrofizic”.
Rezultatul lui Lehner si al lui Pretorius a trezit din nou interesul pentru cenzura cosmica. Potrivit lui Figueras, campul a capatat un avant in ultimul deceniu, in mare parte datorita progreselor in calcul care au facut posibila calcularea modului in care evolueaza gaurile negre si, in unele cazuri, se destrama pentru a dezvalui singularitati. „Nu e vorba numai despre faptul ca, acum 20 de ani, computerele necesare nu erau disponibile”, spune el. „Nu am inteles cum sa simulam relativitatea generala si, prin urmare, gaurile negre din computere.” Rezultatul, spune el, este ca da, singularitatile goale sunt mai frecvente decat se asteptau – in universuri cu mai multe dimensiuni.
Figueras si colegii sai au demonstrat, de exemplu, ca singularitatile goale pot aparea atunci cand gaurile negre se ciocnesc. Astfel de coliziuni se intampla chiar si in universul nostru. Dar cercetatorii au descoperit ca astfel de evenimente din universul nostru nu produc acelasi rezultat – o coliziune se incheie intotdeauna cu singularitatea inca infasurata intr-o gaura neagra.
O dovada completa sau o respingere concludenta a ipotezei cenzurii cosmice a lui Penrose ramane greu de gasit. Indiferent daca ipoteza este sau nu valabila, puzzle-ul in sine nu mai este principalul punct pentru majoritatea teoreticienilor, spune Ong. „Este vorba despre ceea ce putem invata pe parcurs, ce informatii putem obtine, ce instrumente putem dezvolta”, adauga el. „Calatoria va fi importanta, nu doar destinatia.”
