By Carlo Rovelli

er is iets paradoxaals in wat we weten over zwarte gaten. Ze zijn nu “normale” objecten geworden voor astronomen. Astronomen observeren ze, tellen ze en meten ze. Ze gedragen zich precies zoals Einsteins theorie een eeuw geleden voorspelde, toen niemand droomde dat zulke vreemde objecten daadwerkelijk konden bestaan. Dus ze zijn onder controle. En toch blijven ze volkomen mysterieus.aan de ene kant hebben we een prachtige theorie, de algemene relativiteit, op spectaculaire wijze bevestigd door astronomische observaties, die heel goed verklaart wat de astronomen zien: deze monsters die sterren inslikken draaien in wervels en produceren immens krachtige stralen en andere duivels. Het universum is verrassend, bont, vol met dingen die we nooit hadden voorzien Of voorgesteld het bestaan van, maar begrijpelijk. Aan de andere kant is er nog een kleine vraag waar kinderen zich in specialiseren als volwassenen te enthousiast zijn: “maar waar gaat al het materiaal dat we in een zwart gat zien vallen heen?”

en dit is waar dingen moeilijk worden. Einstein ‘ s theorie biedt een nauwkeurige en elegante wiskundige beschrijving, zelfs van de binnenkant van zwarte gaten: het geeft het pad aan dat materiaal dat in een zwart gat valt moet volgen. De materie valt steeds sneller tot het centrale punt bereikt. En dan verliezen de vergelijkingen van Einstein alle Betekenis. Ze vertellen ons niets meer. Ze lijken te smelten als sneeuw in de zon. De variabelen worden oneindig en niets is logisch. Au.

Wat gebeurt er met materie die in het midden van het gat valt? Dat weten we niet.door onze telescopen zien we het vallen, en we volgen mentaal zijn traject tot het bijna het centrum bereikt, en dan weten we niet wat er daarna gebeurt. We weten waaruit zwarte gaten bestaan, zowel van buiten als van binnen, maar een cruciaal detail ontbreekt: het midden. Maar dit is nauwelijks een onbeduidend detail, want alles wat erin valt (en in de zwarte gaten die we aan de hemel waarnemen, blijven dingen vallen) eindigt in het midden. De hemel zit vol met zwarte gaten waarin we dingen kunnen zien verdwijnen … maar we weten niet wat er met ze gebeurt.

de wegen die zijn genomen om de antwoorden op deze vraag te onderzoeken, zijn tot nu toe gevaarlijk geweest. Misschien ontstaat de materie bijvoorbeeld in een ander universum? Misschien is zelfs ons eigen universum op deze manier ontstaan, hoewel er een zwart gat is geopend in een vorig? Misschien smelt in het centrum van een zwart gat alles in een wolk van waarschijnlijkheid waar ruimtetijd en materie niets meer betekenen? Of misschien bestralen zwarte gaten warmte omdat de materie die ze binnendringt, op mysterieuze wijze wordt getransformeerd, over miljarden jaren, in warmte.

” Wat gebeurt er met de materie die in het midden van het gat valt? We weten niet”

In de onderzoeksgroep waarmee ik in Marseille werk, onderzoeken we samen met collega ‘ s van Grenoble en Nijmegen in Nederland een mogelijkheid die ons zowel eenvoudiger als aannemelijker lijkt: materie vertraagt en stopt voordat het het centrum bereikt. Wanneer het uiterst geconcentreerd is, ontwikkelt zich een enorme druk die de uiteindelijke ineenstorting ervan voorkomt. Dit is vergelijkbaar met de” druk ” die voorkomt dat elektronen in atomen vallen: het is een kwantumfenomeen. Materie stopt met vallen en vormt een soort extreem kleine en extreem dichte ster: een “Planck star”. Dan gebeurt er iets dat er in zulke gevallen altijd toe doet: het komt terug.

het reboundt als een bal die op de grond valt. Net als de bal rebounds hij langs het traject van de val, in tijdelijke omgekeerde, en op deze manier het zwarte gat transformeert zichzelf (door “tunnel effect”, zoals we zeggen in het jargon) in zijn tegenovergestelde: een wit gat.

een wit gat? Wat is een wit gat? Het is een andere oplossing voor de vergelijkingen van Einstein (zoals zwarte gaten zijn) waarover mijn studieboek zegt dat “er is niets zoals het in de echte wereld”… het is een gebied van de ruimte waarin niets kan binnenkomen, maar waaruit dingen voortkomen. Het is de tijdomkering van een zwart gat. Een gat dat ontploft.

maar waarom zien we materie dan in zwarte gaten vallen, maar zien we het niet meteen weer terugkaatsen? Het antwoord – en dit is het cruciale punt van waar we mee te maken hebben-ligt in de relativiteit van de tijd. De tijd gaat niet overal met dezelfde snelheid voorbij. Alle fysische verschijnselen zijn op zeeniveau trager dan in de bergen. De tijd vertraagt als ik lager ben, waar de zwaartekracht het meest intens is. In zwarte gaten is de zwaartekracht extreem sterk, en als gevolg daarvan is er een felle vertraging van de tijd. De terugkeer van vallende materie gebeurt snel als iemand in de buurt ziet, als we ons kunnen voorstellen dat iemand zich in een zwart gat waagt om te zien hoe het is aan de binnenkant. Maar van buitenaf gezien lijkt alles vertraagd te zijn. Enorm vertraagd. We zien dingen verdwijnen en verdwijnen voor een extreem lange tijd uit het zicht. Van buitenaf gezien ziet alles er miljoenen jaren bevroren uit-precies hoe we de zwarte gaten waarnemen die we aan de hemel kunnen zien.

maar een extreem lange tijd is geen oneindige tijd, en als we lang genoeg zouden wachten, zouden we de zaak naar buiten zien komen. Een zwart gat is uiteindelijk misschien niet meer dan een ster die instort en dan terugkaatst – in extreme slow motion gezien van buitenaf.

Dit is niet mogelijk in Einsteins theorie, maar dan houdt Einsteins theorie geen rekening met kwantumeffecten. Kwantummechanica laat materie ontsnappen uit zijn donkere val.

na hoe lang? Na een zeer korte tijd voor de zaak die in het zwarte gat is gevallen, maar na een extreem lange voor degenen onder ons die het van buitenaf observeren.

Hier is het hele verhaal: wanneer een ster zoals de zon, of een beetje groter, stopt met branden omdat hij al zijn waterstof heeft verbruikt, genereert de warmte niet langer genoeg druk om zijn gewicht tegen te gaan. De Ster Stort in op zichzelf, en als hij voldoende zwaar is, produceert hij een zwart gat en valt erin. Een ster met de afmetingen van de zon, dat wil zeggen duizenden malen groter dan de aarde, zou een zwart gat met een diameter van anderhalve kilometer genereren.

Imagine it: the whole of the zon in het volume van een uitloper. Dit zijn de zwarte gaten die we in de lucht kunnen waarnemen. De materie van de ster gaat verder op zijn koers binnen, steeds dieper totdat hij het monsterlijke niveau van compressie bereikt dat ervoor zorgt dat hij rebound. De hele massa van de ster is geconcentreerd in de ruimte van een molecuul. Hier treedt de weerzinwekkende kwantumkracht in, en de ster keert onmiddellijk terug en begint te exploderen. Voor de ster zijn er maar een paar honderdste van een seconde verstreken. Maar de verwijding van de tijd veroorzaakt door het enorme gravitatieveld is zo extreem sterk dat wanneer de materie opnieuw begint op te duiken, in de rest van het universum, tientallen miljarden jaren zijn verstreken.

Is dit echt het geval? Ik weet het niet zeker. Ik denk van wel. De alternatieven lijken me minder aannemelijk. Maar ik kan het mis hebben. Proberen het uit te zoeken, is nog steeds zo ‘ n vreugde.in een ander uittreksel, “Copernicus en Bologna”, schrijft Rovelli over de waarde van een universitaire opleiding…Ik vond ook iets anders in Bologna, toen ik daar studeerde in de jaren zeventig: een ontmoeting met die geest van mijn generatie, een generatie die alles wilde veranderen, die droomde van het uitvinden van nieuwe manieren van denken, van samenleven en van liefde. De universiteit werd enkele maanden bezet door politiek geëngageerde studenten. Ik raakte betrokken bij de Vrienden van Radio Alice, het onafhankelijke radiostation dat de stem van de studentenopstand was geworden.in de huizen die we deelden, voedden we de adolescente droom om vanaf nul te beginnen, om de wereld van nul af te maken, om haar om te vormen tot iets anders en rechtvaardiger. Een naïeve droom, zonder twijfel, altijd bestemd om de traagheid van de quotidiaan te ontmoeten; altijd waarschijnlijk grote teleurstelling te lijden. Maar het was dezelfde droom die Copernicus in Italië had ontmoet aan het begin van de Renaissance. De droom niet alleen van Leonardo en Einstein, maar ook van Robespierre, Gandhi en Washington: absolute dromen die ons vaak tegen een muur katapulteren, die vaak verkeerd worden gericht – maar zonder welke we niets zouden hebben van wat het beste is in onze wereld van vandaag.”A black hole is maybe no more than a star that collaps and rebounds in extreme slow motion”

wat kan de universiteit ons nu bieden? Het kan dezelfde rijkdom bieden die Copernicus vond: de verzamelde kennis uit het verleden, samen met het bevrijdende idee dat kennis kan worden getransformeerd en transformatief kan worden.

Dit is, geloof ik, de ware betekenis van een universiteit. Het is het schathuis waarin de menselijke kennis toegewijd wordt beschermd, het verschaft het levensbloed waarvan alles wat we in de wereld weten afhangt, en alles wat we willen doen. Maar het is ook de plek waar dromen worden gekoesterd: waar we de jeugdige moed hebben om die kennis in vraag te stellen, om verder te gaan, om de wereld te veranderen.

deze fragmenten zijn ontleend aan het boek There Are Places in The World Where Rules Are Less Important Than Kindness, uitgegeven door Allen Lane op 5 November in het Verenigd Koninkrijk. Een recensie volgt op ommezijde

Koop het boek bij Amazon*

Kijk nu hoe Carlo Rovelli spreekt over de aard van de tijd in onze science talks-serie op YouTube