En ovanligt vacker idé – om svarta hål

KOLUMNISTER

När jag var barn gick tiden alltid för sakta. Nu går den alltid för snabbt. Och jag tänker att jag måste passerat en brytpunkt på vägen hit där tiden rörde sig alldeles lagom, kanske bara en enda dag när jag inte alls märkte den.

Det är konstigt tänkt för tiden går alltid lika snabbt. Spelar ingen roll om du ligger sked med din första kärlek eller bredspacklar en vägg. Eller passerar händelsehorisonten kring ett svart hål.

Tiden går alltid lika snabbt där du är. Din tid.

Det är den första av tre saker du behöver veta för att bortre änden av den här texten ska landa i dig.

Här kommer den andra: din och min tid behöver inte gå lika snabbt.

Det här har du säkert hört talas om men det är helt avgörande så vi tar det grundligt.

Om jag klättrar upp i ett träd och du stannar kvar nere på marken händer det saker med tiden. Inte med min tid, och inte med din tid heller, men med förhållandet mellan din och min tid. Om vi båda bär (ovanligt känsliga) armbandsur och synkroniserar dem innan jag klättrar upp i trädet kommer de inte längre vara synkroniserade när jag kommer tillbaka ner. Då har mitt armbandsur dragit ifrån ditt. Jag har åldrats mer än du.

Att undvika trädklättring är emellertid poänglöst för den som vill leva längre än sina medmänniskor - skillnaden är inte större än någon miljarddel av en sekund för den som tillbringar en livstid i trädkronorna. Men för att förstå resten av den här texten är det viktigt att du begriper att detta är en verklig och dokumenterad effekt av fysikens lagar. Ju närmare du befinner dig en gravitationskälla, alltså någonting stort och tungt som en planet, desto långsammare går tiden, relativt. Om vi för tydlighetens skull kunde över­driva effekten skulle vi få en scen där människorna nere på marken rör sig i slow motion när du betraktar dem från trädkronan, medan människorna där nere upplever allting som vanligt - bortsett från en neurotiskt vibrerande person i en trädkrona.

Men även de försvinnande små effekterna av tidsdilatationen (det kallas så) kring en ”lätt” gravitationskälla som jorden får konsekvenser i branscher som är noga med tiden. Klockorna på internationella rymdstationen är till exempel kalibrerade mot de små förskjutningar som uppstår på grund av avståndet till klockorna vid jordens yta - även om lejonparten av den kalibreringen parerar tidsdilatationen som skapas av rymd­stationens hastighet i omloppsbanan, men den delen kan vi hoppa över nu.

För att se riktigt dramatiska exempel på hur gravitationen påverkar tiden kan man studera någonting väldigt tungt. Som ett svart hål.

Om du såg Christopher Nolans film ”Interstellar” minns du säkert [spoilervarning] att Matthew McConaughey landade på en planet som befann sig ­nära ett svart hål och att tidsdilatationen där fick ohyggliga konsekvenser. Varje timme på planeten motsvarade sju år för de som inte befann sig i det svarta hålets närhet och Matthews ­dotter hade åldrats 23 år när han återvände efter drygt tre timmar. Om man jämför med det trädklättrande exemplet kan man säga att Matthew klättrade ner från ett träd och spenderade drygt tre timmar på marken medan hans dotter satt kvar i trädet i 23 år. Om hon hade kunnat se sin far trampa omkring där nere under trädet hade hon sett en man röra sig så långsamt att själva rörelsen varit omöjlig att uppfatta. [slut på spoilervarning]

Nu till den tredje saken du måste veta. När en riktigt stor stjärna dör, vilket den enkelt uttryckt gör när bränslet tar slut, exploderar den i en supernova. Men supernovans första skede är ­inte explosionen utan kollapsen. Strax innan stjärnan exploderar faller stjärnans massa in mot kärnan - eftersom bränslet är slut orkar stjärnan inte längre hålla uppe sin väldiga volym - och kärnan blir oerhört kompakt och tung innan trycket skapar ett slags rekyl och stjärnan exploderar.

Den här kollapsen går snabbt, massan faller inåt i drygt 20 procent av ljusets hastighet och kollapsen pågår bara under någon kvarts sekund innan trycket blir kritiskt och processen vänder.

Vissa stjärnor är så stora att den här kollapsen hinner skapa en kärna som är så massiv att gravitationen liksom besegrar rekylen. Processen vänder inte, kollapsen bara fortsätter och plötsligt har vi fått en himlakropp som är så tung att inte ens ljus, det snabbaste som finns, kan uppnå flykthastigheten som krävs för att slita sig från dess gravitation. Ett svart hål har bildats och den som åkt på interstellär picknick för att titta på ­supernova får åka hem igen.

Det var de tre sakerna. Och ingenting jag sagt hittills är konstigt. Både tids­dilatationen och de svarta hålen förutspåddes av Einstein och har sedan dess bekräftats genom observationer.

Men vad som händer inuti ett svart hål är fortfarande en av de där stora frågorna som vetenskapen försöker lösa. Einsteins ekvationer bryter ju ihop där inne. Det behövs någonting annat och det är i jakten på detta komplement vi hittar en av veten­skapens vackraste idéer just nu: den om de exploderande svarta hålen. Planckstjärnorna.

Eller det är inte idén i sig som är vacker utan konsekvensen, men innan vi fortsätter vill jag (eller det vill jag inte alls, men jag måste) påpeka att det här är bara en idé. En spekulativ modell förlöst genom loopkvantgravitationen, en föreslagen teori från gränslandet mellan teoretisk fysik och filosofi.

Om loopkvantgravitationens teori stämmer kan materien inte kollapsa i oändlighet; det finns ingen singularitet i botten på ett svart hål. Trycket kommer att vända kollapsen och supernovan kommer att fullbordas.

Konsekvensen blir att det svarta hålet på sätt och vis bara finns för betraktaren. Låter det konstigt? Vänta ­lite.

Föreställ dig att du hade en rustning som gjorde det möjligt att studera en supernova inifrån, att du kunde stå på en döende stjärnas yta och följa det sista ”andetaget” på plats. Du skulle först falla in mot kärnan när kollapsen börjar för att sedan kastas upp och ut i rymden med tryckvågen när stjärnan exploderar. Kollapsen är över på ett ögonblick.

Men vad händer om stjärnan är tillräckligt stor för att förvandlas till ett svart hål när den kollapsar? Med dig alltså, idioten i den teoretiska rustningen.

Enligt den här idén skulle du först ­falla in mot kärnan när kollapsen börjar för att sedan kastas upp och ut i rymden med tryckvågen när stjärnan exploderar. Alltså precis samma sak! Kollapsen är över på ett ögonblick.

Medan en vän som betraktar samma supernova på avstånd ser stjärnan kollapsa till ett svart hål. Eller ”svart hål”. För vad vännen egentligen ser är en stjärna som exploderar i extrem slow motion, ett fruset ögonblick i tiden.

För den utomstående betraktaren bromsas ju tiden in när den kollapsande stjärnans kärna blir tyngre och det som ”egentligen” är över på ett ögonblick tar åtminstone 10^67 år i betraktarens ”tidzon”. (Det är en etta med 67 nollor efter.)

Om vi återgår till den trädklättrande jämförelsen kan man säga att det svarta hålet är en pappa som klättrar ner från ett träd och sedan omedelbart klättrar upp igen, medan dottern sitter i trädkronan och undrar varför det tar många miljarder år innan han kommer tillbaka upp.

Planckstjärnan är en hårt kritiserad idé men till skillnad från vissa andra hårt kritiserade idéer kan den bevisas. Om vi kan observera när en pappa klättrar upp igen. Eller, för att lämna den förenklade scenen: vi måste observera ett exploderande svart hål.

Det kan ha bildats små svarta hål i universums ungdom för knappt 14 miljarder år sen som är mogna att explodera nu. Och det hörs i så fall.

Så det är tur att det finns de som ägnar den olidligt korta tid vi lever här åt att lyssna på rymden. Så att vi andra kan ligga sked och bredspackla väggar i väntan på de stora svaren.

Fotnot: Den vedertagna modellens svarta hål är förstås också frusna ögonblick i tiden. Det är bara något med tanken på en supernova som fryser fast i explosionsögonblicket för att sedan förlösas miljarder år senare som gör mig svag. Jag kan inte föreställa mig en vackrare och mer effektiv illustration av relativitets­teorins effekter och tidens textur.

ARTIKELN HANDLAR OM