05.Gaura Neagra
Gaurile negre sunt obiecte atât de masive si dense încât atractia lor gravitationala nu lasa nici lumina sa scape.Daca miezul lasat în urma de catre explozia unei supernove are masa mai mare decât cea a soarelui nostru, forta care tine laolalta neutronii nu este suficient de mare ca sa poata echilibra forta gravitationala proprie. Miezul continua sa se stinga. În momentul în care masa miezului este suficient de concentrata, forta gravitationala a acestuia este imensa.Aceasta forta nu se poate explica în fizica clasica si astronomii folosesc teoria relativitatii a lui Einstein ca sa explice comportamentul luminii si al materiei fata de aceasta imensa forta gravitationala.Potrivit relativitatii generale, spatiul din jurul miezului este atât de puternic curbat încât atrage si lumina. O stea de zece ori mai mare decat soarele nostru se poate transforma intr-o gaura neagra doar daca se comprima pâna la un diametru de aproximativ 90 km sau chiar mai putin.Presupunerile astronomilor spun ca mijlocul galaxiei noastre este o gaura neagra imensa.Pe întelesul tuturor, o gaura neagra este o regiune din spatiu care are atât de multa masa concentrata în ea încât nici un obiect din apropiere nu poate scapa de atractia ei gravitationala. Având în vedere ca cea mai buna teorie despre gravitatie pe care o avem în acest moment este Teoria generala a relativitatii a lui Einstein, trebuie sa folosim niste rezultate ale ei pentru a întelege gaurile negre mai în detaliu. Dar sa începem mai usor, gândindu-ne la gravitatie sub circumstante destul de simple.Sa presupunem ca ne aflam pe suprafata unei planete. Aruncam o piatra pe directie verticala. Presupunând ca nu o aruncam prea tare, ea se va ridica un pic, dar pâna la urma acceleratia datorata gravitatiei planetei o va face sa cada din nou. Daca aruncam piatra destul de tare am putea s-o facem sa scape total de gravitatia planetei. Se va ridica la nesfârsit. Viteza cu care aruncam o piatra pentru ca ea sa scape de atractia gravitationala a planetei se numeste viteza de evadare. Dupa cum probabil v-ati dat seama viteza de evadare depinde de masa planetei: daca o planeta este extrem de masiva, atunci gravitatia ei este foarte puternica, deci viteza de evadare este foarte mare. O planeta mai usoara va avea o viteza de evadare mai mica. Viteza de evadare depinde de asemenea de distanta la care ne aflam de centrul planetei: cu cât suntem mai aproape, cu atât mai mare viteza de evadare. Viteza de evadare a Pamântului este de 11,2 km/s, în timp ce aceea a Lunii este de doar 2,4 km/s.Acum sa ne imaginam un obiect cu o concentratie enorma de masa într-o atât de mica raza încât viteza de evadare este mai mare decât viteza luminii. Deci, cum nimic nu poate merge mai repede decât lumina, nimic nu poate scapa din câmpul gravitational al obiectului. Chiar si lumina va fi trasa înapoi de gravitatie si nu va fi în stare sa scape.Ideea unei concentratii de masa atât de densa încât nici lumina nu poate scapa dateaza înca din timpul lui Laplace în secolul XVIII. Aproape imediat dupa ce Einstein a dezvoltat relativitatea generala, Karl Schwarzschild a dat solutia ecuatiei matematice care descria un astfel de obiect. Abia mult mai târziu, prin 1930, datorita muncii lui Robert Oppenheimer, Volkoff si Snyder, oamenii s-au gândit ca acest tip de obiecte chiar exista in Univers. Acesti cercetatori au aratat ca atunci când o stea suficient de masiva ramâne fara combustibil, nu mai e în stare sa reziste împotriva propriei atractii gravitationale, si colapseaza într-o gaura neagra.În relativitatea generala, gravitatia este o manifestare a curburii spatiu-timp. Obiectele masive distorsioneaza spatiul si timpul, astfel încât regulile uzuale ale geometriei nu se mai aplica. Lânga o gaura neagra, distorsiunea spatiu-timpului este foarte severa si din aceasta cauza gaurile negre au niste proprietati foarte ciudate. O gaura neagra are ceva ce se cheama 'orizontul evenimentului' sau Raza Schwarzschild. Acesta este o suprafata sferica ce marcheaza granita gaurii negre. Poti "intra" în gaura prin acest orizont, dar nu mai poti iesi niciodata. De fapt, odata ce ai trecut de orizontul evenimentului, esti condamnat sa te apropii din ce in ce mai mult de 'punctul de singularitate' din centrul gaurii negre. S-a estimat ca punctul de singularitate este „traducerea” unei forte gravitationale care tinde, ca si valoare, spre infinit.
Ne putem imagina orizontul evenimentului ca fiind locul unde viteza de evadare este egala cu viteza luminii. În afara acestui orizont, viteza de evadare este mai mica decat viteza luminii, deci daca turati motorul îndeajuns, puteti scapa de atractia gravitationala. Dar daca va aflati în interiorul orizontului, oricât de puternic ar fi motorul tot nu veti scapa.Raza Schwarzschild are niste proprietati geometrice foarte ciudate. Pentru un observator care sta nemiscat la distanta mare de gaura neagra, orizontul pare a fi o suprafata sferica frumoasa si statica. Dar odata cu apropierea de orizont, ne dam seama ca are o viteza foarte mare. De fapt se misca spre exterior, relativ la singularitate, cu viteza luminii! Asta explica de ce e usor sa treci orizontul spre interior, dar e imposibil s-o faci în directia opusa.Orizontul e static, dar dintr-un anumit punct de vedere el poate fi considerat ca fiind în miscare. Mai plastic spus el trebuie sa fuga atât de repede numai ca sa ramâna pe loc. Odata intrat în orizont spatiu-timpul este distorsionat atât de mult încât coordonatele care descriu distanta radiala si timpul îsi schimba rolurile.Adica "r", coordonata care arata cât de departe suntem de centru, devine o coordonata asemanatoare timpului, iar "t" devine asemanatoare spatiului. O consecinta a acestui fapt este aceea ca nu te poti opri din miscarea spre un "r" din ce în ce mai mic, la fel cum în circumstante obisnuite nu te poti opri din mersul spre viitor (adica spre valori din ce în ce mai mari ale lui t).În final, ne vom lovi de singularitate la r=0. Am putea încerca s-o evitam, turând motorul, dar e inutil: indiferent de directia în care mergi nu-ti poti evita viitorul. Încercarea de a evita singularitatea, odata trecut orizontul evenimentului, e la fel ca si cum ai încerca sa eviti ziua de mâine.Numele "gaura neagra" a fost inventat de John Archibald Wheeler, si s-a încetatenit datorita faptului ca are mai mult "lipici" decât celelalte dinaintea lui. Înaintea lui Wheeler, aceste obiecte erau uneori denumite "stele înghetate".
