af Carlo Rovelli

der er noget paradoksalt i det, vi ved om sorte huller. De er nu blevet “normale” objekter for astronomer. Astronomer observerer dem, tæller dem og måler dem. De opfører sig nøjagtigt som Einsteins teori forudsagde for et århundrede siden, da ingen drømte om, at sådanne ejendommelige genstande faktisk kunne eksistere. Så de er under kontrol. Og alligevel forbliver de fuldstændig mystiske.

på den ene side har vi en smuk teori, generel relativitet, bekræftet på spektakulær måde af astronomiske observationer, der tegner sig perfekt for, hvad astronomerne ser: disse monstre, der sluger stjerner, drejer sig om hvirvler og producerer uhyre kraftige stråler og anden djævel. Universet er overraskende, varieret, fuld af ting, som vi aldrig havde forudset eller forestillet os eksistensen af, men forståelig. På den anden side er der stadig et lille spørgsmål af den slags, som børn specialiserer sig i, når voksne er alt for entusiastiske: “men hvor går alt det materiale, vi ser falde i et sort hul?”

og det er her tingene bliver vanskelige. Einsteins teori giver en præcis og elegant matematisk beskrivelse selv af indersiden af sorte huller: det angiver den sti, som materiale, der falder i et sort hul, skal følge. Sagen falder stadig hurtigere, indtil den når det centrale punkt. Og så mister Einsteins ligninger al mening. De fortæller os ikke længere noget. De ser ud til at smelte som sne i solskin. Variablerne bliver uendelige, og intet giver mening. Av.

Hvad sker der med stof, der falder ind i midten af hullet? Det ved vi ikke.

gennem vores teleskoper ser vi det falde, og vi følger mentalt dets bane, indtil det næsten når Centrum, og så har vi ingen viden om, hvad der sker næste gang. Vi ved, hvad sorte huller består af, både ude og inde, men en afgørende detalje mangler: midten. Men dette er næppe en ubetydelig detalje, fordi alt, hvad der falder i (og ind i de sorte huller, som vi observerer på himlen, ting fortsætter med at falde) slutter i midten. Himlen er fuld af sorte huller, hvor vi kan se tingene forsvinde… men vi ved ikke, hvad der bliver af dem.

de veje, der er taget for at udforske svar på dette spørgsmål, har hidtil været farlige. Måske opstår sagen for eksempel i et andet univers? Måske begyndte endda vores eget univers på denne måde, der opstod, selvom et sort hul åbnede i et foregående? Måske i midten af et sort hul smelter alt sammen i en sandsynlighedssky, hvor rumtid og materie ikke længere betyder noget? Eller måske bestråler sorte huller varme, fordi det stof, der kommer ind i dem, på mystisk vis omdannes over millioner af år til varme.

” Hvad sker der med sagen, der falder ind i midten af hullet? Vi ved ikke”

i den forskningsgruppe, jeg arbejder med i Marseille, sammen med kolleger på Grenoble og på Nijmegen i Holland, undersøger vi en mulighed, der forekommer os både enklere og mere plausibel: materien bremser og stopper, før den når centrum. Når det er mest ekstremt koncentreret,udvikles et enormt pres, der forhindrer dets ultimative sammenbrud. Dette ligner det” tryk”, der forhindrer elektroner i at falde i atomer: det er et kvantefænomen. Materie holder op med at falde og danner en slags ekstremt lille og ekstremt tæt stjerne: en “Planck star”. Så sker der noget, der altid sker med noget i sådanne tilfælde: det rebounds.

det rebounds som en bold faldt på gulvet. Ligesom bolden rebounds den langs faldets bane, i tidsmæssig omvendt, og på denne måde forvandler det sorte hul sig selv (ved “tunneleffekt”, som vi siger i jargonen) til det modsatte: et hvidt hul.

et hvidt hul? Hvad er et hvidt hul? Det er en anden løsning på Einsteins ligninger (som sorte huller er), som min universitets lærebog siger, at “der er intet som det i den virkelige verden”… det er en region i rummet, hvor intet kan komme ind, men hvorfra ting kommer frem. Det er tid vending af et sort hul. Et hul, der eksploderer.

men hvorfor ser vi sagen falde i sorte huller, men ser det ikke straks hoppe ud igen? Svaret – og dette er det afgørende punkt om, hvad vi har at gøre med-ligger i tidens relativitet. Tiden går ikke med samme hastighed overalt. Alle fysiske fænomener er langsommere ved havets overflade end i bjergene. Tiden går langsommere, hvis jeg er lavere nede, hvor tyngdekraften er mest intens. Inde i sorte huller er tyngdekraften ekstremt stærk, og som følge heraf er der en hård afmatning af tiden. Rebounding af faldende stof sker hurtigt, hvis det ses af nogen i nærheden, hvis vi kan forestille os, at nogen vover sig ind i et sort hul for at se, hvordan det er på indersiden. Men set udefra ser alt ud til at blive bremset. Enormt bremset. Vi ser tingene forsvinde og forsvinde fra syne i ekstremt lang tid. Set udefra ser alt frosset ud i millioner af år – præcis hvordan vi opfatter de sorte huller, vi kan se på himlen.

men en ekstremt lang tid er ikke en uendelig tid, og hvis vi ventede længe nok, ville vi se sagen komme ud. Et sort hul er i sidste ende måske ikke mere end en stjerne, der kollapser og derefter rebounds – i ekstrem langsom bevægelse set udefra.

dette er ikke muligt i Einsteins teori, men så tager Einsteins teori ikke kvanteeffekter i betragtning. Kvantemekanik tillader Stof at flygte fra sin mørke fælde.

efter hvor længe? Efter meget kort tid for den sag, der er faldet i det sorte hul, men efter en ekstremt lang tid for dem af os, der observerer det udefra.

så her er hele historien: når en stjerne som solen, eller lidt større, holder op med at brænde, fordi den har forbrugt alt dets brint, genererer varmen ikke længere nok pres til at opveje dens vægt. Stjernen kollapser ind på sig selv, og hvis den er tilstrækkelig tung, producerer den et sort hul og falder ind i det. En stjerne med solens dimensioner, det vil sige tusinder af gange større end jorden, ville generere et sort hul med en diameter på halvanden kilometer.

Forestil dig det: hele solen indeholdt i volumenet af en fodfæste. Dette er de sorte huller, som vi kan observere på himlen. Spørgsmålet om stjernen fortsætter på sin kurs indeni og går stadig dybere, indtil den når det uhyrlige kompressionsniveau, der får det til at rebound. Hele stjernens masse koncentreres i rummet af et molekyle. Her sparker den frastødende kvantekraft ind, og stjernen springer straks tilbage og begynder at eksplodere. For stjernen er der kun gået et par hundrededele af et sekund. Men udvidelsen af tiden forårsaget af det enorme tyngdefelt er så ekstremt stærk, at når sagen begynder at dukke op igen, i resten af universet, er der gået titusinder af milliarder år.

er dette virkelig tilfældet? Jeg ved det ikke med sikkerhed. Jeg tror, det kan godt være. Alternativerne synes mindre plausible for mig. Men jeg kunne tage fejl. At prøve at finde ud af det, stadig, er sådan en glæde.

i et yderligere uddrag, “Copernicus og Bologna”, skriver Rovelli om værdien af en universitetsuddannelse

…Jeg fandt også noget andet i Bologna, da jeg studerede der i halvfjerdserne: et møde med den ånd i min generation, en generation, der havde til hensigt at ændre alt, der drømte om at opfinde nye måder at tænke på, at leve sammen og at elske. Universitetet blev besat i flere måneder af politisk engagerede studerende. Jeg blev involveret med venner af Radio Alice, den uafhængige radiostation, der var blevet stemmen til studenteroprøret.

i de huse, vi delte, nærede vi den unge drøm om at starte fra nul, om at genskabe verden fra bunden, om at omforme den til noget andet og mere retfærdigt. En naiv nok drøm, uden tvivl, altid bestemt til at støde på kvotidianens inerti; altid sandsynligt at lide stor skuffelse. Men det var den samme drøm, som Copernicus havde stødt på i Italien i begyndelsen af renæssancen. Drømmen ikke kun om Leonardo og Einstein, men også om Robespierre, Gandhi og USA: absolutte drømme, der ofte katapulterer os mod en mur, der ofte er forkert rettet – men uden hvilke vi ikke ville have noget af det, der er bedst i vores verden i dag.

“et sort hul er måske ikke mere end en stjerne, der kollapser og rebounds i ekstrem langsom bevægelse”

Hvad kan universitetet tilbyde os nu? Det kan tilbyde de samme rigdomme, som Copernicus fandt: den akkumulerede viden fra fortiden sammen med den befriende ide om, at viden kan transformeres og blive transformativ.

dette, tror jeg, er den sande betydning af et universitet. Det er skattehuset, hvor menneskelig viden er hengiven beskyttet, det giver livsnerven, som alt, hvad vi ved i verden, afhænger af, og alt, hvad vi vil gøre. Men det er også stedet, hvor drømme næres: hvor vi har det ungdommelige mod til at stille spørgsmålstegn ved netop denne viden for at gå videre for at ændre verden.

disse uddrag er taget fra bogen der er steder i verden, hvor regler er mindre vigtige end venlighed, udgivet af Allen Lane den 5.November i Storbritannien. Se nu Carlo Rovelli tale om tidens natur i vores science talks-serie på YouTube