A fekete lyukakat extrém gravitációs jelenségekként tartják számon, amelyek sajátosságai az úgynevezett szingularitások – végtelenül sűrű pontok, amelyek az összeomló csillagok során keletkeznek. Ha az anyag áthalad egy fekete lyuk eseményhorizontján, többé még a fény sem képes onnan kiszabadulni. A hagyományos elképzelés szerint, amely az általános relativitáselméleten alapul, az idő a szingularitás közelében megáll – ez viszont kihívást jelent, ha a jelenséget a kvantumfizika információmegőrzési elve irányából közelítjük meg.
A kutatók szerint azonban a válasz egyszerű: az idő fogalmát kell új alapokra helyezni.
„Az időt általában mindig a megfigyelőhöz viszonyítjuk, mi viszont azt feltételezzük, hogy az Univerzumot átható rejtélyes sötét energia lehet az idő eredete” – mondja Gielen. „Ez a kulcsfontosságú elképzelés lehetővé teszi, hogy jobban megértsük, mi történhet a fekete lyukak belsejében.”
A kutatók egy egyszerűsített matematikai modellt – az úgynevezett sík fekete lyukat – alkalmazták az anti-de Sitter térben, amely egy negatív görbületű, kétdimenziós tér. Gielen és Menéndez-Pidal ebben a modellben kvantummechanikai módszerekkel vizsgálták a szingularitás körüli eseményeket. Végtelen sűrűségű pont helyett egy jelentős kvantumfluktuációkkal teli térségre bukkantak, ahol a téridő energiája folyamatosan változik. Ezek a kvantumingadozások idézhetik elő azt a jelenséget, amelyet kvantum-„ugrásnak” neveznek, és amely során egy fekete lyuk fehér lyukká alakulhat át. A fehér lyukak elméletileg képesek visszajuttatni az anyagot és az információt az Univerzumba, ellentétben a fekete lyukakkal. Bár egyelőre nincs megfigyelési bizonyíték a fehér lyukak létezésére, a jelenlegi kvantumalapú elmélet matematikailag konzisztens alapot nyújt a hipotézis számára.
A fehér lyukak olyan elméleti objektumok, amelyek a fekete lyukak ellentétei. Míg a fekete lyukak mindent magukhoz vonzanak, a fehér lyukak mindent eltaszítanak maguktól. A feltételezések szerint a fehér lyuk egy fekete lyuk időbeli megfordulásának az eredménye, ahol az anyag és az energia kilép a szingularitásból, és kifelé kezd mozogni. A fehér lyukak azonban nem csak ebben különböznek fekete társaiktól – a létezésük ugyanis még nem bizonyított, mivel közvetlenül soha nem figyelték meg őket.
A fehér lyukak végső soron Einstein gravitációs egyenleteinek megoldásaként keletkeztek egyes hipotézisek szerint: állítólag kijáratok a fekete lyukakból más univerzumokba. A fehér lyukak, akárcsak a fekete lyukak, szingularitások, de – mint arról már tehát beszéltünk – a fekete lyukakkal ellentétben nem vonzzák, hanem taszítják az anyagot – magyarán semmi sem kerülhet beléjük.
„Régóta nyitott kérdés, hogy vajon a kvantummechanika képes-e megváltoztatni a fekete lyukakról alkotott képet” – teszi hozzá Gielen. „A kvantummechanikában ugyanis az idő nem érhet egyszerűen véget, mivel a rendszerek folyamatos fejlődésben vannak.”
Bár mindez továbbra is erősen elméleti jellegű, és nem bizonyítja közvetlenül a fehér lyukak létezését, mégis jelentős lépést jelenthet az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika közötti ellentmondások feloldása felé.
(Kép: Illusztráció egy fehér lyukról, forrás: Philip Drury/Sheffieldi Egyetem)