Carlo Rovelli

siinä, mitä tiedämme mustista aukoista, on jotain paradoksaalista. Niistä on nyt tullut tähtitieteilijöille ”normaaleja” kohteita. Tähtitieteilijät tarkkailevat, laskevat ja mittaavat niitä. Ne käyttäytyvät juuri niin kuin Einsteinin teoria ennusti sata vuotta sitten, jolloin kukaan ei kuvitellut, että tällaisia erikoisia esineitä voisi todella olla olemassa. Tilanne on siis hallinnassa. Silti ne ovat täysin salaperäisiä.

toisaalta meillä on kaunis teoria, yleinen suhteellisuusteoria, joka on vahvistettu näyttävästi tähtitieteellisillä havainnoilla, mikä selittää aivan hyvin sen, mitä tähtitieteilijät näkevät: nämä tähdet nielevät hirviöt pyörivät pyörteissä ja tuottavat suunnattoman voimakkaita säteitä ja muuta pirullisuutta. Maailmankaikkeus on yllättävä, kirjava, täynnä asioita, joita emme olleet koskaan aavistaneet tai kuvitelleet, mutta ymmärrettävissä. Toisaalta on vielä pieni kysymys siitä, mihin lapset erikoistuvat, kun aikuiset ovat liian innostuneita: ”mutta mihin menee kaikki materiaali, jonka näemme putoavan mustaan aukkoon?”

ja silloin asiat vaikeutuvat. Einsteinin teoria tarjoaa tarkan ja elegantin matemaattisen kuvauksen jopa mustien aukkojen sisältä: se osoittaa polun, jota mustaan aukkoon putoavan materiaalin on kuljettava. Asia putoaa yhä nopeammin, kunnes se saavuttaa keskipisteen. Sitten Einsteinin yhtälöt menettävät merkityksensä. Meille ei kerrota enää mitään. Ne näyttävät sulavan kuin lumi auringonpaisteessa. Muuttujista tulee äärettömiä, eikä missään ole järkeä. Auts.

Mitä tapahtuu reiän keskelle putoavalle aineelle? Emme tiedä.

kaukoputkillamme näemme sen putoavan, ja henkisesti seuraamme sen lentorataa, kunnes se lähes saavuttaa keskustan, eikä meillä ole mitään tietoa siitä, mitä seuraavaksi tapahtuu. Tiedämme, mistä mustat aukot koostuvat, sekä ulkoa että sisältä, mutta yksi ratkaiseva yksityiskohta puuttuu: keskusta. Mutta tämä on tuskin merkityksetön yksityiskohta, koska kaikki, mikä putoaa (ja mustiin aukkoihin, joita havaitsemme taivaalla, asiat putoavat edelleen), päättyy keskelle. Taivas on täynnä mustia aukkoja, joihin voimme nähdä asioiden katoavan, – mutta emme tiedä, miten niiden käy.

tähän kysymykseen annettujen vastausten tutkimiseen käytetyt tiet ovat tähän mennessä olleet vaarallisia. Ehkä aine esimerkiksi syntyy toisessa maailmankaikkeudessa? Ehkä jopa oma universumimme sai alkunsa tällä tavalla, vaikka musta aukko avautui edellisessä? Ehkä mustan aukon keskellä kaikki sulaa todennäköisyyspilveksi, jossa aika-avaruus ja materia eivät enää merkitse mitään? Tai ehkä mustat aukot säteilevät lämpöä, koska niihin tuleva aine muuttuu mystisesti, biljoonien vuosien aikana, lämmöksi.

”Mitä tapahtuu aineelle, joka putoaa reiän keskelle? Emme tiedä”

tutkimusryhmässä, jonka kanssa työskentelen Marseillessa, yhdessä kollegoidemme kanssa Grenoblessa ja Nijmegenissä Alankomaissa, tutkimme mahdollisuutta, joka vaikuttaa meistä sekä yksinkertaisemmalta että uskottavammalta: aine hidastuu ja pysähtyy ennen kuin se saavuttaa Keskuksen. Kun se on äärimmäisen keskittynyt, syntyy valtava paine, joka estää sen lopullisen romahtamisen. Tämä muistuttaa elektronien putoamista atomeiksi estävää ”painetta”: kyseessä on kvantti-ilmiö. Materia lakkaa putoamasta ja muodostaa eräänlaisen äärimmäisen pienen ja äärimmäisen tiheän tähden.: ”Planck star”). Sitten tapahtuu jotain, mikä tällaisissa tapauksissa aina sattuu materialle: se levypalloilee.

se levypalloilee kuin lattialle pudonnut pallo. Kuten pallo, se kiertää putoamisen lentorataa pitkin, temporaalisessa käänteessä, ja tällä tavalla musta aukko muuntautuu (”tunneliefektillä”, kuten ammattikielessä sanotaan) sen vastakohdaksi: valkoiseksi aukoksi.

valkoinen aukko? Mikä on valkoinen aukko? Se on toinen ratkaisu Einsteinin yhtälöihin (kuten mustat aukot ovat), joista yliopistoni oppikirjassa sanotaan, että ”ei ole mitään sen kaltaista todellisessa maailmassa”… se on avaruuden alue, johon mikään ei voi tulla, mutta josta asiat syntyvät. Se on mustan aukon aikamuutos. Reikä, joka räjähtää.

mutta miksi sitten näemme aineen putoavan mustiin aukkoihin, mutta emme näe sen pomppivan heti takaisin ulos? Vastaus – ja tämä on ratkaiseva kohta siitä, mitä käsittelemme-on ajan suhteellisuusteoriassa. Aika ei kulje samaa vauhtia kaikkialla. Kaikki fysikaaliset ilmiöt ovat merenpinnan tasolla hitaampia kuin vuoristossa. Aika hidastuu, jos olen alempana, missä painovoima on voimakkaimmillaan. Mustien aukkojen sisällä painovoima on äärimmäisen voimakas, minkä seurauksena aika hidastuu rajusti. Putoavan aineen kiihtyminen tapahtuu nopeasti, jos sen näkee joku lähistöltä, jos voimme kuvitella jonkun uskaltautuvan mustaan aukkoon nähdäkseen, millaista sen sisällä on. Ulkopuolelta katsottuna kaikki näyttää kuitenkin hidastuvan. Hidastui valtavasti. Näemme asioiden katoavan ja katoavan näkyvistä äärimmäisen pitkäksi aikaa. Ulkopuolelta katsottuna kaikki näyttää jäätyneeltä miljooniksi vuosiksi-juuri siltä, miten havaitsemme taivaalla näkyvät mustat aukot.

mutta äärimmäisen pitkä aika ei ole ääretön aika, ja jos odottaisimme tarpeeksi kauan, näkisimme asian tulevan esiin. Musta aukko on lopulta ehkä vain tähti, joka romahtaa ja sitten levypalloilee – äärimmäisessä hidastuksessa ulkopuolelta katsottuna.

Tämä ei ole mahdollista Einsteinin teoriassa, mutta silloin Einsteinin teoria ei ota huomioon kvanttivaikutuksia. Kvanttimekaniikka sallii aineen paeta pimeästä ansastaan.

kuinka pitkään? Hyvin lyhyen ajan jälkeen mustaan aukkoon pudonneelle asialle, mutta äärimmäisen pitkän ajan jälkeen niille meistä, jotka tarkkailevat sitä ulkopuolelta.

tässä on siis koko tarina: kun auringon kaltainen tai vähän isompi tähti lakkaa palamasta, koska se on kuluttanut kaiken vetynsä, lämpö ei enää luo tarpeeksi painetta vastapainoksi painolleen. Tähti luhistuu itseensä, ja jos se on riittävän painava, se synnyttää mustan aukon ja putoaa siihen. Auringon mittasuhteiltaan eli tuhansia kertoja maata suuremmasta tähdestä syntyisi musta aukko, jonka läpimitta olisi puolitoista kilometriä.

Imagine it: koko auringon sisällä tilavuus jalansijaa. Nämä ovat mustia aukkoja, joita voimme havaita taivaalla. Tähden Materia jatkaa sisärataansa yhä syvemmälle, kunnes se saavuttaa hirviömäisen puristustason, joka aiheuttaa sen reboundin. Tähden koko massa on keskittynyt molekyylin tilaan. Tässä luotaantyöntävä kvanttivoima potkaisee sisään, ja tähti reboundaa välittömästi ja alkaa räjähtää. Tähden osalta aikaa on kulunut vain muutama sadasosasekunti. Valtavan gravitaatiokentän aiheuttama ajan laajeneminen on kuitenkin niin äärimmäisen voimakasta, että kun ainetta alkaa syntyä uudelleen, muualla maailmankaikkeudessa on kulunut kymmeniä miljardeja vuosia.

onko näin todella? En tiedä varmasti. Voi hyvinkin olla. Vaihtoehdot eivät tunnu minusta uskottavilta. Mutta voin olla väärässä. Sen selvittäminen on silti ilo.

jatko-otteessa ”Kopernikus ja Bologna” Rovelli kirjoittaa yliopistokoulutuksen arvosta

…löysin Bolognasta myös jotain muuta, kun opiskelin siellä 70-luvulla: kohtaamisen tuon oman sukupolveni hengen kanssa, sukupolven, joka oli päättänyt muuttaa kaiken, joka haaveili uusien ajattelutapojen keksimisestä, yhteiselosta ja rakastamisesta. Yliopisto oli käytössä useita kuukausia poliittisesti sitoutuneita opiskelijoita. Tutustuin Radio Alicen ystäviin, itsenäiseen radioasemaan, josta oli tullut opiskelijakapinan ääni.

yhteisissä taloissa elätimme nuorten unelmaa aloittaa nollasta, tehdä maailma uudelleen tyhjästä, muokata se joksikin erilaiseksi ja oikeudenmukaisemmaksi. Naiivi tarpeeksi unelma, epäilemättä, aina kohtalona kohdata inertia quotidian; aina todennäköisesti kärsivät suuren pettymyksen. Mutta se oli sama uni, jonka Kopernikus oli kohdannut Italiassa renessanssin alussa. Ei ainoastaan Leonardon ja Einsteinin, vaan myös Robespierren, Gandhin ja Washingtonin unelma: ehdottomat unelmat, jotka usein kaatavat meidät seinää vasten, jotka usein harhautuvat – mutta joita ilman meillä ei olisi mitään siitä, mikä on parasta nykyisessä maailmassamme.

”musta aukko ei ehkä ole enempää kuin tähti, joka romahtaa ja levypalloilee äärimmäisessä hidastuksessa”

mitä yliopisto voi tarjota meille nyt? Se voi tarjota samat rikkaudet kuin Kopernikus löysi: menneisyyden kertynyt tieto yhdessä vapauttavan ajatuksen kanssa siitä, että tieto voi muuttua ja muuttua transformatiiviseksi.

Tämä on mielestäni yliopiston todellinen merkitys. Se on aarreaitta, jossa inhimillistä tietoa suojellaan hartaasti, se tarjoaa elämänveren, josta riippuu kaikki, mitä tiedämme maailmassa, ja kaikki, mitä haluamme tehdä. Mutta se on myös paikka, jossa vaalitaan unelmia: jossa meillä on nuorekas rohkeus kyseenalaistaa juuri se tieto, mennäksemme eteenpäin, muuttaaksemme maailmaa.

nämä otteet on otettu Allen Lanen 5.marraskuuta Britanniassa julkaisemasta kirjasta there Are Places In the World Where Rules Are Less Important Than Kindness. A review follows overleaf

Buy the book from Amazon*

now watch Carlo Rovelli speak about the nature of time in our science talks series on YouTube