Από τις φυσικομαθηματικές επιστήμες

ΤΟΥ ΧΡΗΣΤΟΥ ΛΑΣΚΟΥ

LEONARD SUSSKIND, Ο πόλεμος της μαύρης τρύπας, μετάφραση: Σοφία Νικολαΐδου

εκδόσεις Κάτοπτρο, σελ. 600 

Γεμάτος είναι ο Ουρανός και η Γη, Οράτιε, από πράγματα που η φιλοσοφία σου ούτε στο όνειρό της μπορεί να δει

Ουίλιαμ Σαίξπηρ, ΑΜΛΕΤ

Κοσμικές καταβόθρες;

Ο Leonard Susskind είναι ένας από τους πιο σημαντικούς θεωρητικούς φυσικούς των τελευταίων τριάντα χρόνων. Με μεγάλο έργο και πολύ ενδιαφέρουσα προσωπική βιογραφία, που χαρακτηρίζεται έντονα από την κοινωνική του προέλευση και την εμπειρία εργατικής δουλειάς, για μεγάλο διάστημα, στα νεανικά του χρόνια. Στοιχείο το οποίο σε διάφορα στιγμιότυπα, που αφηγείται, εμφανίζεται με τρόπο που υποδηλώνει ένα είδος ταξικής περηφάνιας – όχι, όμως, με τρόπο κραυγαλέο, που θα το έκανε γραφικό. Διακριτικά το κάνει και γι’ αυτό οι συνδηλώσεις είναι πολύ αποτελεσματικές για τον προσεκτικό αναγνώστη.

Δεν θα πρότεινα, ωστόσο, το βιβλίο με κριτήριο κυρίως αυτό του το χαρακτηριστικό. Γιατί η επιστημονική του διάσταση είναι κατά πολύ δραστικότερη. Θέλω να πω, «Ο πόλεμος της μαύρης τρύπας» διηγείται μια από τις σημαντικότερες συγκρούσεις στο πλαίσιο της σύγχρονης Φυσικής – μαζί μιας και από τις περισσότερο άγνωστες. Εντοπισμένη στο πλαίσιο της έρευνας για την Κβαντική Βαρύτητα, που πάει να πει της έρευνας για το ρόλο -αν υπάρχει τέτοιος ρόλος- της βαρύτητας σε πολύ μικρές διαστάσεις απασχόλησε, στη μεγαλύτερη διάρκεια των τελευταίων τριάντα χρόνων, ελάχιστους επιστήμονες και εκτυλίχθηκε στο περιθώριο της ερευνητικής δημοσιότητας. Αφορά, άλλωστε, έναν κόσμο πολύ απομακρυσμένο από τις αισθήσεις μας, πολύ απομακρυσμένο, επιπλέον, από εκείνον που περιγράφουν και εξηγούν οι θεμελιώδεις φυσικές θεωρίες μας, η Κβαντική Μηχανική και η Σχετικότητα.

Η Κβαντική Βαρύτητα ασχολείται με αντικείμενα που είναι εκατό τετράκις εκατομμύρια φορές μικρότερα από τα πρωτόνια των ατομικών πυρήνων –με «ακτίνα», δηλαδή, ίση με 0.0000000000000001 φορές την πρωτονική ακτίνα. Μιλάμε για κόσμους για τους οποίους ούτε έχουμε και, πιθανότατα, ούτε θα αποκτήσουμε ποτέ άμεση εμπειρία -για κόσμους στους οποίους βρισκόμαστε στην κλίμακα των μεγεθών Πλανκ.  Η αδυναμία, ωστόσο, άμεσης εμπειρίας κάθε άλλο παρά εμποδίζει την «πρόσβαση» σε αυτούς. Το βιβλίο του Σάσκιντ είναι μια από τις καλύτερες τέτοιες προσβάσεις.

***

Περί τίνος, όμως, πρόκειται; Τι είναι ο πόλεμος της μαύρης τρύπας; Να πώς τον παρουσιάζει ο ίδιος ο συγγραφέας: «Το παρόν βιβλίο πραγματεύεται μια διανοητική μάχη σχετικά με ένα και μόνο νοητικό πείραμα. Το 1976, ο Stephen Hawking φαντάστηκε ότι ρίχνουμε κάποια ποσότητα πληροφορίας –ένα βιβλίο, έναν υπολογιστή, ακόμη και ένα στοιχειώδες σωμάτιο- μέσα μια μαύρη τρύπα. Οι μαύρες τρύπες, πίστευε ο Hawking, αποτελούν τις έσχατες παγίδες, και η ποσότητα πληροφορίας θα χανόταν από τον εξωτερικό κόσμο ανεπιστρεπτί. Αυτή η φαινομενικά αθώα παρατήρηση δεν ήταν καθόλου τόσο αθώα όσο φαίνεται. απειλούσε να υπονομεύσει και να ανατρέψει ολόκληρο το οικοδόμημα της σύγχρονης φυσικής. Κάτι ήταν τρομερά παράταιρο: ο βασικότερος νόμος της Φύσης –η διατήρηση της πληροφορίας- κινδύνευε σοβαρά. Για όσους το πρόσεξαν, είτε ο Hawking  έσφαλλε είτε η φυσική εδώ και τριακόσια χρόνια δεν πατούσε καλά στα πόδια της.

Στην αρχή, πολύ λίγοι το πρόσεξαν. Επί σχεδόν δύο δεκαετίες, η διαμάχη έμεινε σε μεγάλο βαθμό απαρατήρητη. Ο μεγάλος ολλανδός φυσικός Gerard ‘t Hooft κι εγώ αποτελέσαμε έναν στρατό δύο ατόμων, στη μία πλευρά του διανοητικού μετώπου. Ο Stephen Hawking κι ένας μικρός στρατός θεωρητικών της σχετικότητας  βρίσκονταν στην αντίθετη πλευρά. Μόνο στις αρχές της δεκαετίας του 1990 συνειδητοποίησαν οι περισσότεροι θεωρητικού φυσικοί –ιδιαίτερα οι θεωρητικοί των χορδών- την απειλή που είχε διατυπώσει ο Χόκινγκ. Και τότε, μάλιστα, την κατάλαβαν σε μεγάλο βαθμό λανθασμένα».

Για να το πω αλλιώς, αυτό που διακυβεύονταν εδώ ήταν τεράστιο: είτε κάτι δεν έστεκε με την Σχετικότητα και την αντίληψή μας για τον χωροχρόνο είτε οι, εξίσου απολύτως, θεμελιώδεις και αλληλένδετες αρχές της εντροπίας και της πληροφορίας θα έπρεπε να απορριφθούν. Σε οποιαδήποτε περίπτωση, η Φυσική θα οδηγούταν πολύ πέρα από την αλλαγή «Παραδείγματος» αντιμετωπίζοντας τον κίνδυνο κατάρρευσης.

Ο θρύλος λέει πως μεταξύ Χόκινγκ και Σάσκιντ συνομολογήθηκε ένα στοίχημα: όποιος υπερίσχυε σε αυτόν τον μεγάλο πόλεμο θα κέρδιζε συνδρομή στο αμερικανικό σοφτ πορνοπεριοδικό Hustler. Πράγμα που έδωσε και μια σκαμπρόζικη διάσταση στη διαμάχη, δείχνοντας, από την άλλη, πόσο οι κορυφαίοι φυσικοί είναι διαφορετικοί από το στερεότυπο που τους ακολουθεί.

***

Μαύρες τρύπες, εντροπία, αρχή διατήρησης της πληροφορίας. Έννοιες κλειδιά αυτής της μεγάλης διανοητικής σύγκρουσης με αμφίβολη, όμως, την πρόσβαση σε αυτές για ένα μεγάλο μέρος ακόμη και όσων ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τα σχετικά ζητήματα. Υπάρχει ανάγκη, λοιπόν, να μιλήσουμε γι’ αυτές.

Όταν αναφερόμαστε σε μαύρες τρύπες (black holes) στη Φυσική εννοούμε σώματα με την εξής και μόνο ιδιότητα: τίποτε δεν μπορεί να διαφύγει από την έλξη τους. Ή, αλλιώς, ο,τιδήποτε πέσει μέσα σε αυτές τις κοσμικές καταβόθρες, εξαφανίζεται δια παντός από το παρατηρήσιμο Σύμπαν. Η φυσική εξήγηση αυτής τους της ιδιότητας συνίσταται στο ό,τι η ταχύτητα διαφυγής οποιασδήποτε οντότητας από το βαρυτικό τους πεδίο είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός (300000 km/s). Εφόσον, λοιπόν, τίποτε δεν μπορεί να κινηθεί με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν, τίποτε δεν μπορεί να διαφύγει. Όλα όσα βρίσκονται «μέσα» στη μαύρη τρύπα» είναι εγκλωβισμένα για πάντα, ενώ όσα έχουν την ατυχία να την προσεγγίσουν εγκλωβίζονται για πάντα. Όλα εγκλωβίζονται. Ακόμη και το φως, πράγμα που εξηγεί τον προσδιορισμό «μαύρη».

Η περιεκτικότερη εικόνα που μας δίνει η Φυσική γι’ αυτά τα σώματα περιλαμβάνει μια singularity (μοναδικότητα ή ανωμαλία), ένα αντικείμενο, δηλαδή, χωρίς διαστάσεις  στο «κέντρο» τους και μια σφαίρα, που την περιβάλλει, λογοκρίνοντας οποιαδήποτε πληροφορία θα μπορούσε να αφορά την ανωμαλία, στο μέτρο που η ακτίνα της σφαίρας είναι το τελευταίο όριο, μέσα από το οποίο τίποτε, όπως είπαμε, δεν μπορεί να διαφύγει. Αυτή η σφαίρα λέγεται ορίζοντας γεγονότων, για λόγους που εύκολα γίνονται κατανοητοί από τα προηγούμενα: ο,τιδήποτε συμβαίνει στο εσωτερικό αυτής της σφαίρας δεν μπορεί, με κανένα τρόπο, να γίνει παρατηρήσιμο γεγονός.

Για να αντιληφθούμε, με κάποιες αναλογίες, την κατάσταση αυτών των εξωτικών σωμάτων μπορούμε να σημειώσουμε πως αν ο Ήλιος μπορούσε να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα θα είχε ορίζοντα γεγονότων μικρότερο από την Θεσσαλονίκη, ενώ η Γη μικρότερο από ένα απλό ζάρι! Να το καταλάβουμε: μια μαύρη τρύπα με τη μάζα ολόκληρης της Γης θα ήταν μικρότερη από ένα κυβικό εκατοστό! Μπορούμε να καταλάβουμε τι σημαίνει αυτό για την τερατώδη πυκνότητα αυτής της μάζας.

Βέβαια, δεν είναι απαραίτητο όλες οι μαύρες τρύπες να έχουν τέτοια πυκνότητα ούτε οι διαστάσεις του ορίζοντα γεγονότων να είναι τόσο μικρές. Στο Σύμπαν υπάρχουν πολλών ειδών, διαστάσεων και ειδικών ιδιοτήτων μαύρες τρύπες. Αυτό που σίγουρα όλες διαθέτουν είναι η ιδιότητα να μην επιτρέπουν τίποτε να διαφύγει από την έλξη τους και να ρουφάνε ο,τιδήποτε προσεγγίσει τη γειτονιά τους.

Για να επιστρέψουμε, λοιπόν, στον πόλεμό μας, δεν είναι μόνο τα αντικείμενα ή τα σωμάτια, μαζικά ή όχι, που, διαπερνώντας τον ορίζοντα γεγονότων τείνουν προς την εξαφάνισή τους με την «πρόσκρουση» στην ανωμαλία, σε αυτό το παράδοξο σημείο μηδενικού μεγέθους και άπειρης πυκνότητας: στο κάτω κάτω αυτό «εξισορροπείται» δεδομένου ό,τι αυξάνεται ισόποσα η μάζα της μαύρης τρύπας (και μαζί, για λόγους που δεν μπορούμε να εξηγήσουμε εδώ, το εμβαδόν του ορίζοντα γεγονότων). 

Σύμφωνα με τον Χόκινγκ αυτό που χάνεται «οριστικά» και «χωρίς ίχνος» είναι η πληροφορία, που εμπεριέχεται στις δομές των «θυμάτων» της μαύρης τρύπας. Και, για να γίνουν ακόμη χειρότερα τα πράγματα, η θεωρία του Χόκινγκ προβλέπει πως το κενό είναι γεμάτο, σφύζει, από «δυνάμει» μαύρες τρύπες, οι οποίες, βάσει ενός κβαντικού μηχανισμού δημιουργούνται και εξαφανίζονται τόσο γρήγορα, ώστε περνούν εντελώς απαρατήρητες. Δεν χρειάζεται, λοιπόν, καν να υπάρχει μια πραγματική μαύρη τρύπα σε μια περιοχή: μια τερατώδης εξάλειψη πληροφορίας λαμβάνει χώρα λόγω των «δυνάμει» μαύρων τρυπών.

Εδώ, όμως, έστω κι αν δεν έγιναν αντιληπτά αμέσως, εμφανίζονται δύο μείζονα προβλήματα. Το πρώτο είναι πως, ενώ για την Φυσική «η πληροφορία» είναι παντοτινή, σύμφωνα με τον Χόκινγκ εξαλείφονταν διαρκώς. Το δεύτερο το αντιλήφθηκε γρήγορα ο Σάσκιντ και συνίσταται στο εξής:  αν ισχύει η άποψη πως έχουμε διαρκή απώλεια πληροφορίας αυτό ισοδυναμεί με δημιουργία εντροπίας (σκεφτείτε την εντροπία ως το «αντίθετο» της πληροφορίας και τίποτε παραπάνω, προς το παρόν). Η δημιουργία εντροπίας, όμως, σημαίνει δημιουργία θερμότητας. Οι «δυνάμει» μαύρες τρύπες δημιουργούν θερμότητα στον κενό χώρο και, έτσι, ο κενός χώρος αποκτάει θερμοκρασία μέχρι 1000000000000000000000000000000 (30 μηδενικά!) βαθμούς Kelvin! Να, όμως, που ο πραγματικός κενός χώρος στο Σύμπαν μας είναι πολύ ψυχρότερος: μόλις 270Κ.

Ο Σάσκιντ, λοιπόν, ήξερε πως κάτι δεν πήγαινε καθόλου καλά. Μόνο που χρειάστηκε σχεδόν 40 χρόνια για να το αποδείξει και να κερδίσει τον πόλεμο. Τελικά τον κέρδισε. Ο Χόκινγκ το αποδέχτηκε ευγενικά, κάτι πολύ σπάνιο για τον ίδιο. Και πλήρωσε, φαντάζομαι, τη συνδρομή στο Hustler.

Το βιβλίο παρουσιάζει την ιστορία με πολύ σαφή τρόπο. Είναι, όμως, και επαρκέστατο εγχειρίδιο, για να κατανοήσει κανείς την θεωρία της πληροφορίας και της εντροπίας, την αστροφυσική των μαύρων τρυπών, την συνάφεια όλων αυτών με τις θεωρίες των χορδών και της κβαντικής βαρύτητας.

Tony Cragg, Woman's Head, 2007, χαλκός, 87x60x50 εκ.