A héten érkezik a mozikba Christopher Nolan életrajzi drámája, az Oppenheimer, amely valószínűleg egyrészt tovább növeli az ismert tudós, J. Robert Oppenheimer ismertségét, másrészt örökre összeköti őt az atombombával. Pedig Oppenheimer már a bomba előtt, mielőtt 1942-ben Los Alamosba utazott volna, ismert elméleti fizikus volt, akinek kvantumfizikával kapcsolatos kutatásaira a mai napig támaszkodnak.

Miként járult hozzá Oppenheimer a fekete lyukak tudományához? A Space.com publikált erről egy hosszabb cikket, aminek a tartalmát alább röviden ismertetjük.

Oppenheimer 1939-ben Hartland S. Snyderrel, a Kaliforniai Egyetem fizikusával közösen egy úttörő tanulmányt adott ki "On Continued Gravitational Contraction" címmel. A tanulmányban Albert Einstein gravitációs elméletét, az általános relativitáselméletet használták, hogy olyan modellt mutassanak be, amely megmagyarázza a fekete lyukak születését. Az Oppenheimer-féle összeomlási modell azt írta le, hogy egy csillag gravitációs összeomlása miként vezethetett fekete lyuk kialakulásához. Ez a modell továbbra is releváns és széles körben használatos az asztrofizikában a hatalmas csillagok evolúciójában a végső fejlődési szakasz megértéséhez.

Az Oppenheimer-modell jelentősége az analitikus megoldhatóságában rejlik, ami azt jelenti, hogy az egyenletek tollal és papírral is megoldhatók anélkül, hogy kiterjedt numerikus számításokra lenne szükség. Egyszerűsége ellenére ugyanakkor ez a modell pontosan leírja az összeomló csillag számos aspektusát, így értékes eszköz az elméleti vizsgálatokhoz.

Érdekes módon, miközben Oppenheimer és Snyder ezen a modellen dolgozott Einstein elméletét alapul véve, maga Albert Einstein éppen azt próbálta meg bebizonyítani, hogy a fekete lyukak létezése lehetetlen. A történelem azonban bebizonyította, hogy Oppenheimer modellje helytálló, mivel a fekete lyukakat azóta alaposan megfigyelték és tanulmányozták.

Ez azt jelenti tehát, hogy legalábbis részben Oppenheimer “fedezte fel” a fekete lyukakat? Nos, nem egészen. A fekete lyukak felfedezésének a története így indult: 1915-ben Karl Schwarzschild, az I. világháború alatt a német hadseregben szolgáló csillagász úttörő felfedezést tett, amikor extrém körülményekkel számolva oldotta meg az általános relativitáselmélet Einstein-egyenleteit. Schwarzschild olyan megoldásokat talált, amelyek feltárták a "szingularitások" létezését, vagyis azokat a pontokat, ahol a gravitáció olyan erőssé válik, hogy fény elfogására képes objektumokat hozhatnak létre – ezeket nevezzük ma fekete lyukaknak.

Schwarzschild megoldásai kétféle szingularitást mutattak be. Az első a Schwarzschild-sugár néven ismert koordináta-szingularitás volt, amely azt a pontot jelenti, ahol a gravitációs vonzás olyan erőssé válik, hogy még a fény sem tud onnan kiszabadulni. Ezt a határt ma eseményhorizontnak nevezzük, amely egy fekete lyuk külső határát jelöli.

A második szingularitás, a valódi vagy gravitációs szingularitás matematikailag megoldatlan maradt, és a fekete lyuk titokzatos szívét képviselte, ahol a fizika törvényei összeomlanak.

1939-ben, miközben Einstein megpróbálta megcáfolni ezt a második, tehát a gravitációs szingularitás teóriáját, Oppenheimer és Snyder az összeomló csillagokat és azok viselkedését tanulmányozta. Oppenheimerék arra jöttek rá, hogy egy külső megfigyelő szemszögéből az eseményhorizont közelében lévő fény fagyottnak tűnik a gravitáció okozta rendkívüli vöröseltolódás miatt. Oppenheimer csapata, bár nem vette figyelembe a kvantumhatásokat és egyéb tényezőket, de így végül mégis eljutottak a „fagyott csillag” koncepciójához, amelyet ma fekete lyukként ismernek.

Magyarán Schwarzschild és Oppenheimer csapata egyaránt ugyanahhoz a célhoz ért: a fekete lyukak születésének elméleti megértéséhez. Ám amíg Schwarzschild szolgáltatta az elméletet, Oppenheimer csapata leírta azt a fizikai folyamatot, amely ezeknek a rejtélyes kozmikus entitásoknak a kialakulásához vezet.

Három évvel később Oppenheimer Los Alamosba utazott, és erről szól a most a mozikba kerülő film. Sokan, különösen a tudósok, ugyanakkor úgy emlékeznek erre a kiváló fizikusra, mint a “fekete lyukak atyjára”. Mint az egyik szakértő fogalmazott a Space.com-nak:

“Oppenheimer nagyon jelentős mértékben járult hozzá a fekete lyukak fizikájához és a fizika egészéhez. Bár a nagyközönség a bombával és a Manhattan Projekttel azonosítja a nevét, a tudományos közösség nagyra értékeli hozzájárulását a fizikához és az asztrofizikához. Az élete során az egyik legjobb fizikus volt, rendkívül befolyásos volt, és alapműve ma is aktuális.”

(Művészi ábrázolás egy fekete lyukról (forrás: ESA) és Robert Oppenheimer (wikimedia.commons))