Προς την «Μαύρη τρύπα», Black hole

Γράφει ο Κώστας Πάππας   

Στις άμεσα προηγούμενες εβδομάδες  έγραψα για τη γέννηση των άστρων και τον αμείλικτο πόλεμο της ύλης με τη δύναμη που δεσπόζει στο σύμπαν, την βαρύτητα.

Μίλησα για την διαδικασία της σύντηξης, που είναι η απάντηση της εκφυλισμένης ύλης στη δύναμη της βαρύτητας, η οποία έχει σαν πρωταρχικό, αλλά και σαν τελικό σκοπό, τον εκμηδενισμό της ύλης. Είναι  ένα από τα πιο παράδοξα της φύσης, η δύναμη που την συγκροτεί και την συγκρατεί  να έχει σαν απώτερο σκοπό τον αφανισμό της. Σαν πρώτη φάση στην αδυσώπητη δύναμη της βαρύτητας, που συνεχώς  συσσωρεύει ύλη πάνω στην ύλη χωρίς όρια, η συμβατική συγκροτημένη ύλη αντιτάσσει την ηλεκτρική απωθητική δύναμη των ηλεκτρονίων που περιστρέφονται στις εξωτερικές στιβάδες των ατόμων.

Εάν η ποσότητα της ύλης που συμμετέχει στη διαδικασία  είναι σχετικά μικρή, τότε  αυτή η ηλεκτρική δύναμη εξισορροπεί την δύναμη της βαρύτητας και το ουράνιο σώμα σταθεροποιείται στη γνώριμη μορφή της, πάνω στην οποία η ζωή αναπτύχθηκε, του πλανήτη. Εδώ η ηλεκτρική δύναμη κερδίζει την πρώτη μάχη με την βαρύτητα, όχι όμως τον πόλεμο.

Εάν όμως οι ποσότητες της  ύλης που συσσωρεύονται  πάνω στην ύλη είναι τεράστιες, τότε η ηλεκτρική δύναμη αδυνατεί να αντεπεξέλθει.  Υπάρχουν όρια στην αντοχή των συγκροτημένων ατόμων  και τα όρια αυτά ξεπερνιούνται. Μόλις η πρώτη γραμμή άμυνας εξουδετερωθεί και το ουράνιο σώμα εξελιχθεί σε άστρο, η βαρύτητα ξανακερδίζει την μάχη.

Σε κάποια φάση η ύλη αναδιοργανώνεται, όχι πλέον σαν συμβατική συγκροτημένη ύλη όπως την ξέρουμε στη γη μας.  Με την μορφή αυτή δεν έχει πια καμία ελπίδα να κερδίσει ούτε μια μικρή μάχη με την ανελέητη και αδυσώπητη δύναμη της βαρύτητας.   Αναδιοργανώνεται πλέον σαν πρώτη εξωτική μορφή της ύλης. Το “πλάσμα”. Έχω ήδη γράψει για αυτό. Μόνο με πυρηνικά όπλα θα μπορέσει να σταματήσει τον εχθρό. Η δεύτερη γραμμή άμυνας που γνωρίσαμε είναι η σύντηξη. Η πυρηνική αυτή αντίδραση που στη γη λέγεται   θερμοπυρηνική (Η-bomb -Υδρογονική βόμβα).  Για 8 με 15 δισεκατοµµύρια χρόνια τα άστρα χρησιμοποιούν την πυρηνική ενέργεια της σύντηξης για να σταματούν τον εχθρό, την δύναμη της βαρύτητας προ των πυλών.

Η  ενέργεια που εκλύεται από την σύντηξη, όχι μόνο αντιμάχεται την βαρύτητα, αλλά πάει και πέρα από αυτή.  Τα άστρα στην προσπάθεια τους να αντισταθούν στη αδυσώπητη δύναμη της βαρύτητας, ξεχύνουν τεράστια ποσά ενέργειας σε μορφή άπλετου φωτός και γλυκιάς θαλπωρής, της θερμότητας, στα αχανή και αβυσσαλέα βάθη του σκοτεινού μέχρι τότε σύμπαντος, δημιουργώντας ζωή, συναισθήματα, πολέμους, αγάπη, μίση και θάνατο. Και όλα αυτά, γιατί η ύλη παλεύει την ίδια την ύλη.

Οι φωτεινές δυνάμεις (η σύντηξη), παλεύουν τις σκοτεινές δυνάμεις (την βαρύτητα).  Αλλά είναι μοιραίο όπως πάντα να  νικάνε οι  δυνάμεις του σκότους.  Και  ανθίσταται η ύλη, μέχρις που τα όρια ξεπερνιούνται.  Μόλις  το πυρηνικό καύσιμο τελειώσει , η ύλη αφήνει το θύμα της στο πεδίο της μάχης, τον “Κόκκινο Γίγαντα”, άοπλο χωρίς πυρηνικά όπλα.  Η ύλη χάνει και την δεύτερη μάχη.  Η δεύτερη γραμμή άμυνας καταρρέει.  Ο εχθρός  συνεχίζει αδυσώπητος.

Η ύλη ανασυντάσσεται και αντιτάσσει την τρίτη γραμμή άμυνας, την “εκφυλισμένη ύλη” σε μορφή ηλεκτρονικού ρευστού.  Η πίεση του ηλεκτρονικού ρευστού μαζί και η Απαγορευτική αρχή του Πάουλι καθηλώνουν άλλη μια φορά την βαρύτητα, με το άστρο σε μορφή “Λευκού Νάνου”.  Αυτή η μάχη έχει κάτι το παράξενο και παράδοξο.  Θα μπορούσε κανείς να πει ότι δεν υπάρχει νικητής, γιατί από δω και πέρα και στην αιωνιότητα, οι δύο δυνάμεις, η δύναμη του ηλεκτρονικού ρευστού της εκφυλισμένης ύλης και η βαρύτης, θα βρίσκονται σε συνεχή ισορροπία. Καμία δύναμη  δεν θα κάνει πίσω, μα και καμία δεν θα κάνει μπροστά.

Αλίμονο όμως, γιατί ενώ η βαρύτητα δεν θα μεταβάλλεται πια, γιατί δεν θα προστίθεται περισσότερη ύλη, ο «Λευκός νάνος» θα συνεχίζει να ακτινοβολεί απο την επιφάνειά του μέχρι να μετατραπεί σε Μαύρο νάνο. Η ακτινοβολία του «Λευκού νάνου» είναι κατανάλωση ενέργειας και αυτή η ενέργεια δεν είναι αιώνια, κάποτε τελειώνει, εφ’ όσον δεν ανανεώνεται, όπως συμβαίνει στην περίπτωση αυτή που όπως είπαμε έχει ήδη καταναλώσει όλο το πυρηνικό του οπλοστάσιο (καύσιμο) σαν «Κόκινος Γίγας». Θα σβύσει, ανίκανος να συντηρήσει ζωή σε κάποιο μακρυνό πλανήτη.

Ο Ήλιος μας είναι προδικασμένος από τους φυσικούς νόμους να φτάσει στη φάση αυτή.  Η παγωνιά του θανάτου, με θερμοκρασίες απόλυτου μηδενός, δηλαδή   273 βαθμούς κάτω από το μηδέν, ανυπαρξία φωτός, αιώνιο σκοτάδι και έρεβος, είναι ακατάλληλοι παράγοντες ύπαρξης και συντήρησης της ζωής.

Εάν η ποσότητα της μάζας του άστρου είναι ακόμη μεγαλύτερη, ούτε και αυτή η Απαγορευτική αρχή του Πάουλι μαζί με την δύναμη του ηλεκτρονικού ρευστού είναι δυνατόν να κρατήσουν την δύναμη της βαρύτητας.  Με ασύλληπτες ταχύτητες θα συσσωρεύεται η ύλη πάνω στην ύλη, συνθλίβοντας τα πάντα, ηλεκτρονικές στιβάδες, πυρηνικές δυνάμεις, μέχρις ότου να δημιουργηθεί η υπερσυμπιεσμένη ύλη των “Άστρων ουδετερονίων”, όπου ένα κομμάτι μεγέθους κύβου ζάχαρης από αυτή την υπερσυμπιεσμένη υπερεξωτική ύλη ουδετερονίων ζυγίζει μερικά δισεκατομµύρια τόνους.

Πάλι η βαρύτητα με την πυρηνική δύναμη τα βρίσκουν προς στιγμή, μέχρι πότε;  Υπάρχουν άστρα μάζας πάνω από 50 φορές τη μάζα του Ήλιου, που όταν η πτώση της μυθικά τεράστιας μάζας αρχίσει, τίποτα δεν θα μπορέσει να την σταματήσει, ούτε και αυτό το στάδιο του “Άστρου ουδετερονίων”.

Τι θα συμβεί τότε;  Το 1939 ο Αμερικανός φυσικός Robert Oppenheimer, ο  μετέπειτα διάσημος σαν επικεφαλής  στο Manhattan project, της ομάδας που κατασκεύασε την πρώτη Α-bomb (Ατομική βόμβα) στην έρημο  Alamogordo  στο Los Alamos  του Νέου  Μεξικού,  μελέτησε τις συνέπειες της κατάπτωσης ενός άστρου του οποίου η μάζα θα ήταν μερικές φορές μεγαλύτερη από  τη μάζα του Ήλιου.  Ποιο θα είναι το επόμενο στάδιο εξισορρόπησης της κατάπτωσης ενός τέτοιου μεγάλου άστρου;

Σε ένα τέτοιο άστρο η φύση επιφυλάσσει πιο αξιόλογη τύχη.  Οι μαθηματικές εξισώσεις, σαφώς και κατηγορηματικά μας λένε ότι δεν υπάρχει κανένα ενδιάμεσο στάδιο που θα σταματήσει μια τέτοια κατάπτωση όπου η πυρηνική δύναμη και η  δύναμη της βαρύτητας να τα βρούν με οποιαδήποτε άλλη αντίθετη δύναμη.  Μόλις η πυρηνική δύναμη αποτύχει να εξισορροπήσει το άστρο πέρα από το στάδιο του άστρου ουδετερονίων, κανένα άλλο όπλο δεν απομένει πλέον να αντισταθεί  στην ανελέητη δύναμη της βαρύτητας, της απίθανα ασθενέστερης  από όλες τις δυνάμεις της δημιουργίας.

Η δύναμη αυτή τελικά γίνεται η ισχυρότερη στο σύμπαν. Όταν λοιπόν ένα άστρο που καταρρέει κάτω από την αμείλικτη δύναμη της βαρύτητας, ξεπεράσει τα όρια του άστρου ουδετερονίων, τίποτε δεν το σταματάει. Τότε η δύναμη της βαρύτητας κερδίζει την τελική και θριαμβευτική της νίκη πάνω στη ύλη του σύμπαντος.  Το άστρο θα συρρικνώνεται και θα καταρρέει αδυσώπητα.

Η μάζα των 50 Ήλιων θα περάσει το στάδιο του άστρου ουδετερονίων, θα συνεχίζει να συρρικνώνεται στο μέγεθος πλανήτη, οικοδομικού τετραγώνου, σπιτιού, μπάλας, βόλου,  μέχρι να γίνει ένα απειροελάχιστο σημείο στο χώρο και στο χρόνο, βγάζοντας τον εαυτό του έξω από το σύμπαν, δημιουργώντας ένα σύμπαν από μόνο του.  Γίνεται αυτό που οι αστροφυσικοί λένε μια “Μαύρη τρύπα” (Black hole) στο υφαντό του χώρου και του χρόνου.

Αυτό το μυθικό υπερεξωτικό κατασκεύασμα, ή όπως αλλιώς το αποκαλούν οι  μαθηματικοί  ένα “μονήρες σημείο” στο χωρό-χρονο.  Οι νόμοι της φυσικής στη φάση αυτή δεν έχουν καμία έννοια.  Εδώ ο Θεός διαιρεί δια του μηδενός και η διάιρεση αυτή είναι δυνατή.

Οι μαθηματικές εξισώσεις αποδεικνύουν ότι  σε κάθε άστρο που θα έχει μάζα μεγαλύτερη από  3.2 φορές τη μάζα του Ήλιου η φύση του επιφυλάσσει την τύχη να καταλήξει σε μια “Μαύρη τρύπα”.  Η μάζα 3.2 φορές τη μάζα του Ήλιου λέγεται Oppenheimer-Volkoff μάζα.

Σε κάθε άστρο που θα έχει μάζα μικρότερη από 1.4 φορές τη μάζα του Ήλιου η φύση επιφυλάσσει την τύχη να καταλήξει  σε “Λευκό νάνο”.  Άστρα με μάζες από 1.4 μέχρι 3.2 φορές τη μάζα του Ήλιου καταλήγουν σε άστρα ουδετερονίων.  Η ταχύτης διαφυγής από μια “”Μαύρη τρύπα” (Βlack hole) ειναι ίση με τηνταχύτητα του φωτός, γιαυτό κανένα φως δεν ξεφεύγει από το άστρο αυτό για να προδώσει την παρουσία του.

 

Ο Κώστας Πάππας είναι πυρηνικός φυσικός και εργάζεται για την Ατομική Ενέργεια του Καναδά (AECL), στους πυρηνικούς αντιδραστήρες CANDU. Υπήρξε ο Γραμματέας του Οργανισμού Πυρηνικής Ενέργειας του Καναδά  (1996-2000) και δίδαξε σε έκτακτη βάση το μάθημα της Μηχανικής Πυρηνικών αντιδραστήρων (Nuclear Engineering) στο Πανεπιστήμιο McGill  του Μόντρεαλ. Απόφοιτος του Université de Montréal συνέχισε τις μεταπανεπιστημιακές του σπουδές στο McMaster University, Hamilton, Ontario, πλάι στον Dr. Brockhouse, ο οποίος το 1994 τιμήθηκε με το βραβείο Nobel για τη Φυσική για εργασίες που έκανε πάνω στη σκέδαση ουδετερονίων. Costas μελέτησε την μαγνητική δομή της ύλης σε κρυσταλλική μορφή, σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (-2730 C), οδηγώντας δέσμες ουδετερονίων (neutrons) από τον πειραματικό πυρηνικό αντιδραστήρα του πανεπιστημίου McMaster.

Συνεχίζεται…


Ο Κώστας Πάππας είναι πυρηνικός φυσικός και εργάζεται για την Ατομική Ενέργεια του Καναδά (AECL), στους πυρηνικούς αντιδραστήρες CANDU. Υπήρξε ο Γραμματέας του Οργανισμού Πυρηνικής Ενέργειας του Καναδά  (1996-2000) και δίδαξε σε έκτακτη βάση το μάθημα της Μηχανικής Πυρηνικών αντιδραστήρων (Nuclear Engineering) στο Πανεπιστήμιο McGill  του Μόντρεαλ. Απόφοιτος του Université de Montréal συνέχισε τις μεταπανεπιστημιακές του σπουδές στο McMaster University, Hamilton, Ontario, πλάι στον Dr. Brockhouse, ο οποίος το 1994 τιμήθηκε με το βραβείο Nobel για τη Φυσική πάνω στη σκέδαση ουδετερονίων.  Costasμελέτησε την μαγνητική δομή της ύλης σε κρυσταλλική μορφή, σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν (-2730 C), οδηγώντας δέσμες ουδετερονίων (neutrons) από τον πειραματικό πυρηνικό αντιδραστήρα του πανεπιστημίου McMaster.