Kas igas mustas augus peitub uus Universum?

Meie Universum võib asuda musta augu keskmes. See võib küll kummaliselt kõlada, kuid tegelikkuses võib see osutuda parimaks selgituseks selle kohta, kuidas universum tekkis ning miks on see selline nagu see on. Mõningad teadlased on seda teooriat viimaste aastakümnete jooksul uurinud.

Kuigi tavapärane Suure Paugu teooria on vägagi edukas, leidub selle raames mitmeid vastamata küsimusi. Suure Paugu teooria kohaselt oli universum alguses singulaarsus – lõputult väike punkt, mis sisaldas lõputul hulgal ainet – ning paisus seejärel meile praegu tuttavaks universumiks. Inflatsiooniteooria – viimaste aastakümnete jooksul tekkinud teooria universumi ülikiirest paisumisest – täidab mitmed olulised lüngad näiteks sellest, miks varases universumis leidunud suurema ainekontsentratsiooniga aladest tekkisid sellised taevakehad nagu galaktikad ja galaktikate kogumid, kirjutab InsideScience.com.

Need teooriad ei vasta aga suurtele küsimustele. Näiteks: mis alustas Suure Paugu? Mis põhjustas paisumise lõpu? Mis on universumi paisumist kiirendava müstilise tumeenergia energiaallikas?

Idee, et meie universum asub täielikult musta augu sees, vastab nii neile kui ka teistele küsimustele. See eemaldab näivalt võimatute singulaarsuste olemasolu meie universumis. Lisaks põhineb see kahel tsentraalsel füüsikateoorial.

Esimeseks neist on üldrelatiivsus ehk kaasaegne gravitatsiooniteooria. See kirjeldab universumit selle suurimas skaalas. Iga sündmus meie universumis toimub kindlas ruumipunktis ja kindlal ajal – aegruumis. Massiivne keha, nagu näiteks Päike, kõverdab aegruumi justkui võrkkiigele asetatud keeglikuul muudab kiige kuju. Päikese gravitatsiooniline lohk mõjutab Maa ja teiste planeetide liikumist ümber selle. Päikese poolt planeetidele mõjub tõmbejõud paistab meile kui gravitatsioonijõud.

Teine neist on kvantmehaanika, mis kirjeldab universumit selle väikseimas skaalas – näiteks aatomi skaalas. Kvantmehaanika ja üldrelatiivsus on hetkel aga eraldiseisvad teooriad; füüsikud on neid juba kaua kvantgravitatsiooni ühendteooriaks liita üritanud, et kirjeldada adekvaatselt olulisi nähtusi, seehulgas subatomaarsete osakeste käitumist mustas augus.

1960ndate aastatel kohandatud üldrelatiivsusteooria, mida nimetatakse  Einstein-Cartan-Sciama-Kibble’i gravitatsiooniteooriaks, võtab arvesse ka kvantmehaanilised efektid. See ei viinud meid vaid mitte ainult kvantgravitatsioonile sammu võrra lähemale vaid joonistas ka teistsuguse pildi meie universumist. See üldrelatiivsuse variant võtab arvesse spinni nime kandvat kvantomadust. Osakesed nagu aatomid ja elektronid omavad spinni ehk sisemist pöördemomenti, mis on sarnane jääl pöörlevale iluuisutajale.

Selles pildis asuvad osakeste spinnid vastastikmõjju aegruumiga ning viivad omaduseni, mida nimetatakse väändeks. Väände mõistmiseks tuleks aegrummi kujutada ette mitte kui kahedimensionaalset kangatükki vaid kui paindlikku ühedimensionaalset pulka. Selle pulga painutamine on võrdne aegruumi kõverdamisele ning selle väänamine on võrdne aegruumi väänamisele. Kui see pulk on õhuke, võib seda painutada, kuid selle väänet on raske tuvastada.

Aegruumi vääne oleks oluline ning vägagi märgatav varases universumis või mustades aukudes. Sellistes ekstreemsetes keskkondades väljenduks aegruumi vääne tõukejõuna, mis töötab vastu aegruumi kõverusest tulenevale gravitatsioonilisele külgetõmbejõule. Üldrelatiivsuse tavalises versioonis vajuvad massiivsed tähed kokku mustadeks aukudeks: aladeks ruumis, millest mitte miski – isegi mitte valgus – ei pääse välja.

Järgnev on kirjeldus sellest, kuidas vääne mõjutaks meie universumi algust. Alguses oleks kõverdunud aegruumi gravitatsiooniline külgetõmbejõud väände tõukejõududest tugevam, proovides ainet väikestesse ruumi aladesse kokku suruda. Lõpuks muutuks vääne aga väga tugevaks ning hoiaks selle ära – aine kataks ülisuure ala kuid oleks lõpliku tihedusega. Kuna energiat saab muundada massiks, põhjustaks selle ülitiheda oleku suur gravitatsiooniline energia osakeste tekke, suurendades märgatavalt musta augu sees olevat massi.

Spinniga osakeste suurenev arv väänaks aegruumi veelgi rohkem. Tõukejõud peataks kokkusurumise ning põhjustaks ,,suure põrke” justkui kokkusurutud rannapall, mis hetkega väljapoole paisub. Kiire tagasipõrge pärast sellist suurt põrget võiski olla see, mis viis meie paisuva universumi tekkeni. Selle tagasipõrke tulemus kattub vaatlusandmetega universumi kuju, geomeetria ja massijaotuse kohta.

Väändemehhanism viitab aga hämmastavale stsenaariumile: iga must auk tekitaks enda sisemusse uue universumi. Kui see vastaks tõele, siis tuli meie universumis olev algne aine kusagilt mujalt ning meie universum oleks lihtsalt mingis teises universumis asuva musta augu sees olev universum. Täpselt nii, nagu meil ei õnnestu näha kosmoses asuvate mustade aukude sisemusse ei näeks ka meie vanemuniversumis olevad vaatlejad meie universumis toimuvat.

Aine liikumine musta augu piiril ehk nn sündmuste horisondil toimuks vaid ühes suunas, tekitades aja sellise liikumise, mida meie tajume edaspidisena. Ajanool meie universumis oleks seega päritud vanemuniversumist läbi väände.

Väände abil saaks selgitada ka vaadeldavat mittetasakaalulisust universumi aine ja antiaine vahel. Väände tõttu laguneks aine meile tuntud elektronideks ja kvarkideks ning antiaine laguneks tumeaineks – aine nähtamatuks müstiliseks vormiks, mis moodustab suure osa meie universumi ainest.

Kõige tipuks oleks vääne ka tumeenergia allikaks. Tumeenergia on energia müstiline vorm, mis levib läbi kogu ruumi ja kiirendab universumi paisumist. Väändega geomeetria tekitab loomulikult ,,kosmoloogilise konstandi – justkui lisanduv väljapoole suunatud jõud, mille abil tumeenergia kirjeldamine on lihtsaim. Seega võib universumi vaadeldav kiirenev paisumine olla väände olemasolu parimaks tõendiks.

Seega on vääne teoreetiliseks aluseks stsenaariumile, milles iga musta augu sisemusest saab uus universum. See paistab täitvat mitmeid lünki ka praegu kehtivates gravitatsiooni- ja kosmoloogia teooriates. Füüsikud peavad siiski kombineerima Einstein-Cartan-Sciama-Kibble’i teooria kvantmehaanikaga, et saada ühtne kvantgravitatsiooni teooria. Kuigi see lahendab nii mitmeidki küsimusi, tõstatab see ka uusi. Näiteks: mida teame me oma vanemuniversumist ja mustast august, mille sees meie oma universum asub? Mitu vanemuniversumit meil on? Kuidas saame me tõestada, et meie universum asub musta augu sisemuses?

Viimast küsimust võib potentsiaalselt uurida: kuna kõik tähed ja seega ka mustad augud pöörlevad, pidi meie universum pärima vanemuniversumi musta augu pöörlemistelje kui ,,eelistatud suuna”. Hiljutistest rohkem kui 15 000 galaktika kohta tehtud uurimustest selgub, et ühel universumi poolkeral on suurem osa spiraalgalaktikatest ,,vasakukäelised,” pööreldes päripäeva, samas kui teisel poolkeral on suurem osa neist ,,paremakäelised,” pööreldes vastupäeva. Igal juhul võib väände arvestamine aegruumi kõveruses olla õige samm eduka kosmoloogia teooria suunas.

Allikas