Nawet nie zaczęliśmy jeszcze poznawać czarnych dziur. Mogą być znacznie bardziej fascynujące, niż się wydaje
Czarne dziury to bezapelacyjnie najbardziej fascynujące obiekty w przestrzeni kosmicznej. Jakby nie patrzeć, pomimo dekad badań teoretycznych i obserwacyjnych wciąż nie wiemy, co się znajduje w ich wnętrzu. To szczególnie fascynujące, gdy uwzględnimy fakt, iż część teorii opisujących skutki wpadnięcia do czarnej dziury, zdaje się przeczyć naszej intuicji.
Czarne dziury to ekstremalne obiekty kompaktowe rozsiane po całym wszechświecie. Na przestrzeni lat naukowcom udało się odkryć kilka różnych rodzajów czarnych dziur, od małych czarnych dziur powstałych w eksplozjach supernowych pod koniec życia masywnych gwiazd, przez supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrach praktycznie wszystkich masywnych galaktyk. W ostatnich latach pojawiły się także pierwsze kandydatki na czarne dziury o masie pośredniej, a teraz naukowcy poważnie zastanawiają się nad poszukiwaniem tzw. pierwotnych czarnych dziur, które zdecydowanie byłyby spośród wszystkich czarnych dziur najmniejsze i najmniej masywne.
Nie tylko masa czarnej dziury jest istotna podczas jej opisu. Równie istotne, szczególnie dla wpadającej do jej wnętrza materii, jest tempo wirowania czarnej dziury. Choć czarna dziura nie przypomina planety czy gwiazdy, to dokładnie tak jak ona podlega tym samym prawom fizyki i gdy wiruje, przestaje być idealnie sferyczna, a spłaszcza się na biegunach, a wybrzusza na równiku.
Jak się jednak okazuje, owo wirowanie czarnej dziury może prowadzić do zaskakujących konsekwencji, które wymykają się standardowemu opisowi czarnych dziur stacjonarnych, które w swoim centrum mają punktową osobliwość, a otacza jeden horyzont zdarzeń.
Wirujące czarne dziury zostały po raz pierwszy opisane w 1963 roku przez matematyka Roya Kerra z Nowej Zelandii. W swoich rozwiązaniach równań Einsteina dla takiej czarnej dziury Kerr zauważył, że osobliwość we wnętrzu takiej czarnej dziury przyjmuje kształt pierścienia, a sama czarna dziura ma dwa horyzonty zdarzeń, wewnętrzny i zewnętrzny. Wiąże się to z wieloma zaskakującymi konsekwencjami dla każdej materii, która opadnie do wnętrza takiej czarnej dziury.
Tak samo jak w przypadku stacjonarnej czarnej dziury opisanej przez Karla Schwarzschilda sam horyzont zdarzeń nie jest żadnym konkretnym miejscem. Na granicy tego obszaru nic się nie zmienia. Po prostu po jego przekroczeniu w przypadku rozwiązania Schwarzschilda materia wpada na drogę ku punktowej osobliwości. W przypadku wirującej czarnej dziury jednak sytuacja wygląda nieco inaczej. Szczególnie jeżeli materia, czy też hipotetyczny astronauta wpada za horyzont zdarzeń z płaszczyzny innej niż równikowa.
Po przekroczeniu ergosfery nasz astronauta decyduje się podążać dalej do środka i przekroczyć zewnętrzny horyzont zdarzeń. Tak jak w przypadku czarnej dziury Schwarzschilda, jest to miejsce pozbawione cech charakterystycznych, które wyznacza punkt bez powrotu. Astronauta musi teraz kierować się do wewnątrz i przekroczyć drugi, wewnętrzny horyzont zdarzeń. Istnieje jednak fascynująca różnica między modelami Schwarzschilda i Kerra. W przypadku wirującej czarnej dziury astronauta odzyskuje swobodę poruszania się po przekroczeniu wewnętrznego horyzontu. Osobliwość nie jest już nieuchronnym elementem jego przyszłości, więc czas nie musi się skończyć.
Jak wskazują badacze, wewnątrz horyzontu czarnej dziury może znajdować się nieskończona objętość, możliwe nawet, że jest tam jeden dodatkowy nieskończony wszechświat, po drugiej stronie tunelu czasoprzestrzennego. To jednak opis dotyczący stacjonarnej czarnej dziury, bowiem w przypadku wirującej czarnej dziury Kerra sytuacja znowu wygląda inaczej.
Wewnątrz wiecznej czarnej dziury Kerra mieści się nieskończona liczba nieskończonych wszechświatów, zagnieżdżonych w sobie niczym rosyjskie matrioszki.
Popuśćmy jednak wodze fantazji i sprawdźmy, co spotkałoby hipotetycznego astronautę, który wpadłby już za zewnętrzny horyzont zdarzeń.
Astronauta przekroczył zewnętrzny horyzont i wkroczył do obszaru II. Znajduje się teraz w czarnej dziurze, pomiędzy zewnętrznym i wewnętrznym horyzontem. Widzimy, że podobnie jak w przypadku czarnej dziury Schwarzschilda będzie mógł odbierać sygnały nie tylko z naszego Wszechświata – obszaru I – ale także z innego wszechświata – „innego” obszaru I. Mógł spotkać astronautów, którzy przekroczyli zewnętrzny horyzont z innego wszechświata, ale teraz nie są skazani na spotkanie z osobliwością na końcu czasu, bo w obszarze II nie ma osobliwości. Zamiast tego musi przekroczyć wewnętrzny horyzont i wejść do obszaru III. Pojawia się pierścienista osobliwość, ale udaje mu się jej uniknąć. Teraz zaczyna się zabawa.
Nasz astronauta decyduje się uniknąć osobliwości i przechodzi do drugiego obszaru II. Obszar ten jest ograniczony horyzontem, ale jest to horyzont białej dziury, brama do innego obszaru I – innego wszechświata. W tym momencie może zdecydować się dostać tam, by zbadać ten nowy i kuszący ocean gwiazd i galaktyk, ale nie musi tego robić. W tym nowym wszechświecie jest inny zewnętrzny horyzont czarnej dziury Kerra i postanawia do niego wniknąć.
Po wejściu do drugiej czarnej dziury cała historia się powtarza, dopóki nie zanurzy się w trzeciej czarnej dziurze. Wynurzając się w obszarze III u góry rysunku, jest teraz gotowy stawić czoła osobliwości. Nurkuje przez pierścień do innego nowego wszechświata w nieskończonej wieży wszechświatów. Jednak ten wszechświat bardzo różni się od innych. W tym obszarze czasoprzestrzeni grawitacja odpycha, a nie przyciąga. Jest to wszechświat antygrawitacyjny. Astronauta nadal będzie mógł obrócić się i podążyć z powrotem przez pierścienistą osobliwość. Ale możliwe jest również, iż tak wszystko zaplanuje, że wyłoni się z niego, zanim do niego wejdzie. Jest to możliwe, ponieważ istnieją ścieżki, którymi nasz astronauta może podążać w obszarze III, tworzące pętlę i wracające do tego samego punktu. Nie jest możliwe narysowanie takich ścieżek na diagramie Penrose’a, ponieważ wymagają one wykonania pętli w jednym z wymiarów, których nie narysowaliśmy. Ścieżki te nazywamy „zamkniętymi krzywymi czasowymi”. Wyobraźmy sobie ścieżkę w czasoprzestrzeni, która zaczyna się dzień przed naszymi urodzeniem, a kilka lat później (według naszego zegarka) wraca na dzień przed naszymi narodzinami. To nic innego jak podróż w czasie. Takie ścieżki są możliwe w geometrii czasoprzestrzeni w obszarze III. Oznacza to, że czarna dziura Kerra jest wehikułem czasu.
Rozważania teoretyczne na temat właściwości wirujących czarnych dziur i losów materii oraz astronautów do niej wpadających, mogą prowadzić do tak szalonych wniosków, jak istnienie wielu równoległych wszechświatów, a nawet podróże w czasie. Pytania o to, czy istnieją one w rzeczywistości, na długo jeszcze pozostaną bez odpowiedzi. Nie zmienia to jednak faktu, że naukowcy intensywnie się nimi zajmują, nawet jeżeli nigdy nie przyznaliby się do pracy nad wehikułami czasu.
