Czarne dziury

Czarna dziura – obszar czasoprzestrzeni, którego z uwagi na wpływ grawitacji, nic (łącznie ze światłem) nie może opuścić. Zgodnie z ogólną teorią względności, do jej powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Czarną dziurę otacza matematycznie zdefiniowana powierzchnia nazywana horyzontem zdarzeń, która wyznacza granicę bez powrotu. Nazywa się ją „czarną”, ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice. Mechanika kwantowa przewiduje, że czarne dziury emitują promieniowanie jak ciało doskonale czarne o niezerowej temperaturze. Temperatura ta jest odwrotnie proporcjonalna do masy czarnej dziury, co sprawia, że bardzo trudno je zaobserwować w wypadku czarnych dziur o masie gwiazdowej bądź większych.

Osobliwość

Ogólna teoria względności przewiduje istnienie we wnętrzu czarnej dziury osobliwości. Jest to miejsce, gdzie krzywizna czasoprzestrzeni staje się nieskończona, a oddziaływanie grawitacyjne staje się nieskończenie silne (Roger Penrose oraz Stephen Hawking).

Znane są mówiące o tym ścisłe dowody matematyczne i dotychczas nie udało się wyeliminować osobliwości z rozwiązań teorii w obecnym jej kształcie. W szczególności samo jej istnienie jest niezależne od definicji układu odniesienia używanego do opisu czarnej dziury. Przypuszcza się, że poszukiwana od lat kwantowa teoria grawitacji rozwiąże ten problem.

Warto nadmienić, że horyzont zdarzeń nie jest żadną osobliwością i przejście przez ową barierę nie jest związane z jakimikolwiek szczególnymi zjawiskami fizycznymi. Rozwiązanie Schwarzschilda co prawda posiada nieciągłość na granicy horyzontu, jest ona jednak usuwalna przez odpowiedni wybór układu odniesienia. Współczesna nauka nie potrafi opisać zjawisk fizycznych zachodzących w osobliwości.

Tunel czasoprzestrzenny

Tunel czasoprzestrzenny (ang. wormhole), początkowo też nazywany mostem Einsteina-Rosena – hipotetyczna właściwość topologiczna czasoprzestrzeni będąca rodzajem „skrótu” pomiędzy co najmniej dwoma obszarami Wszechświata lub rodzajem mostu łączącego wszechświaty. Tunele czasoprzestrzenne są przedmiotem poszukiwań i sporów współczesnych fizyków. Nie zanotowano dotąd żadnych obserwacyjnych wskazówek na ich istnienie, choć ogólna teoria względności Alberta Einsteina dopuszcza istnienie tuneli w niektórych modelach czasoprzestrzeni.

Tunele czasoprzestrzenne umożliwiałyby podróż do odległych regionów Wszechświata we względnie krótkim czasie, szybciej niż dotarłoby tam światło, jednak – co jest ich wyróżniającą zaletą – bez konieczności przekroczenia prędkości światła dla podróżującego (patrz dalej: przemierzalne tunele czasoprzestrzenne).



Ponieważ tunele łączą ze sobą regiony czasoprzestrzeni, umożliwiałyby one nie tylko podróż do odległych regionów, lecz również podróżowanie w czasie.

Obecne wyliczenia wskazują na to, iż nawet gdyby tunele czasoprzestrzenne istniały, to byłyby one zbyt niestabilne, by cokolwiek (włącznie z energią) przez nie przesłać. Systematycznie pojawiają się tu jednak nowe hipotezy negujące starsze.