Działo się! 250. odcinek Radia Naukowego był świętem. Rozmowa odbyła się na żywo, z udziałem publiczności. Gościliśmy na wspaniałym Copernicus Festival, za co ogromnie dziękujemy!

Temat główny festiwalu to TAJEMNICA. Trudno o bardziej tajemnicze obiekty we Wszechświecie niż czarne dziury, do których wnętrz zabrania nam zajrzeć fizyka.
Gośćmi spotkania byli: prof. Agnieszka Janiuk, astrofizyczka związana z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN w Warszawie, oraz dr Maciej Wielgus z Instituto de Astrofísica de Andalucía – CSIC w Granadzie, w Hiszpanii.
Gwiazdą została Stefania – maskotka w kształcie niesporczaka, którą dostaliśmy w prezencie od prof. Łukasza Michalczyka przy okazji nagrania w Krakowie odcinka o tych niezwykłych zwierzętach.

Na przykładzie Stefanii (imię padło z publiczności) analizowaliśmy, co dzieje się z ciałem wpadającym do czarnej dziury.
Dyskutowaliśmy też o tym, czy są obserwacje, które pozwalają nam na pewno stwierdzić, czy czarne dziury istnieją, o hipotetycznych pierwotnych czarnych dziurach (byłyby to obiekty maleńkie), czym są dyski rozgrzanej materii wirujące wokół czarnych dziur, jaka praca stała za pokazaniem światu pierwszych obrazów czarnych dziur – i wiele, wiele innych.

Polecamy w wersji audio lub wideo. Poniżej znajdziecie też transkrypcję.

Zobaczcie galerię zdjęć (fot. Łukasz Głowacki. Z tych Głowackich)

TRANSKRYPCJA

Karolina Głowacka: Dzień dobry państwu. Kolejna odsłona Copernicus Festival i jednocześnie 250 odcinek Radia Naukowego. Ja się nazywam Karolina Głowacka, jestem autorką podcastu Radio Naukowe. Jestem ogromnie dumna, że Copernicus Festival zaprosił nas właśnie tutaj, żeby 250 odcinek mógł się odbyć w Krakowie, na żywo, na jakże fantastyczny temat, bo będziemy rozmawiać na temat tego, co się kryje w czarnych dziurach ze znakomitymi ekspertami. Pani profesor Agnieszka Janiuk, dzień dobry.

Agnieszka Janiuk: Dzień dobry. Witam serdecznie, pani redaktor, witam kolegę i państwa wszystkich.

K.G.:  Pani profesor jest astrofizyczką związaną z Centrum Fizyki Teoretycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie, gdzie kieruje zespołem badań nad ekstremalnymi zjawiskami astrofizycznymi. Doktor Maciej Wielgus, dzień dobry.

Maciej Wielgus: Dzień dobry.

K.G.:  Zajmujący się fizyką czarnych dziur, a w szczególności ich obserwacjami w zakresie fal radiowych. Aktualnie pracuje w Instituto de Astrofísica de Andalucía w Granadzie, w Hiszpanii. A jeszcze warto podkreślić, że partnerem Copernicus Festival jest Małopolska Organizacja Turystyczna, która objęła patronatem dzisiejszy dzień festiwalu. Projekt jest dofinansowany ze środków budżetu państwa, przyznawanych przez ministra nauki i szkolnictwa wyższego. Partnerem wydarzenia jest miasto Kraków. I Copernicus Festival również został objęty honorowym patronatem ministra nauki i szkolnictwa wyższego oraz prezydenta miasta Krakowa, Aleksandra Miszalskiego. Dobrze, że władze zauważają, jak ważna jest popularyzacja nauki. Witam wszystkich zgromadzonych tutaj w Muzeum Techniki i Inżynierii w Krakowie oraz oglądających nas na żywo w internecie, Szanowni państwo. Czarne dziury, to chyba nie trzeba nikogo do tego przekonywać, są obiektami dość niewygodnymi, można powiedzieć, nie? Jakieś one są dziwne takie. I teraz pytanie jest pierwsze: jakie były pierwsze obserwacje sugerujące, że te obiekty istnieją naprawdę? Że nie są tylko jakimś dziwnym rozwiązaniem matematycznym, jak to się mówi, niefizycznym, że nie mają wcale reprezentacji w rzeczywistości. Tylko że jednak ta aberracja czasoprzestrzeni istnieje. Doktor Wielgus.

M.W.:  To ja może zacznę jako radiowiec, osoba zajmująca się obserwacjami radiowymi, od radiowej strony tych pierwszych empirycznych obserwacji. W latach 60. czy w latach 50. zaczęliśmy widzieć obiekty, które wyglądały trochę jak gwiazdy, ale miały bardzo dziwne własności. Te obiekty, jak spojrzeliśmy na ich spektrum, czyli jak wygląda ilość promieniowania w funkcji częstości tego promieniowania, miały spektrum, które wyglądało niepodobnie do żadnych innych obiektów. Spektra służą nam do rozpoznawania pierwiastków, które wchodzą w skład emitujących światło obiektów. No to te obiekty wyglądały, jakby tam były pierwiastki, których nie znamy. Zupełnie niezrozumiałe właściwości. Wielka zagadka w związku z tym pojawiła się, no i trzeba było jakoś to rozwiązać. Na błyskotliwy pomysł na początku lat 60. wpadł Maarten Schmidt, który zauważył, że wystarczy te linie emisyjne, linie absorpcyjne, poprzesuwać i wtedy dostaniemy takie pierwiastki, jakie znamy. Się okazało, że jeden z tych obiektów, który obserwowaliśmy najpierw, te linie odpowiadałyby zwykłym liniom wodoru, który świetnie znamy i rozumiemy, tylko bardzo przesunięte w częstościach. Takie przesunięcie nazywamy redshiftem, przesunięciem ku czerwieni, i ono może być skutkiem tylko dwóch rzeczy: albo bardzo dużej prędkości obiektu oddalającego się od nas, albo, co jest też związane, może być to redshift kosmologiczny – w rozszerzającym się wszechświecie im coś jest dalej, tym szybciej od nas ucieka. Maarten Schmidt zrozumiał, że rzeczywiście jest to redshift kosmologiczny, ale z tego wynikało, że taki kwazar jest od nas oddalony o miliardy lat świetlnych. No to wyobraźcie sobie państwo, że mamy coś, co wygląda jak gwiazda, gwiazdy są od nas oddalone setki lat świetlnych, a z redshiftu, z tego przesunięcia ku czerwieni, z prawa Hubble’a wynika, że ten kwazar jest tak jasny jak gwiazda, ale jest miliardy lat świetlnych od nas. No to jeżeli coś jest równie jasne jak gwiazda, która jest blisko, ale jest bardzo daleko, no to musi być ekstremalnie jasne. No i to było zupełnie nie do wyjaśnienia na gruncie fizyki gwiazd. Gwiazdy nie mogą emitować tak dużo promieniowania. Wtedy przypomniano sobie o tych matematycznych rozwiązaniach ogólnej teorii względności o czarnych dziurach, które w przeciwieństwie do gwiazd nie mają ograniczenia, łatwego ograniczenia, na górną masę. Więc może być coś bardzo zwartego, dosyć dużego fizycznie, ale jednak bardzo kompaktowego, o masie miliardów mas Słońca i może emitować bardzo dużo promieniowania. I to była dosyć silna sugestia, która pozwoliła w latach 60. po raz pierwszy przekonać astronomów i astrofizyków o tym, że czarne dziury to może być coś więcej niż matematyczne rozwiązanie równań.

K.G.:  A no właśnie, sugestia. I teraz pytanie moje jest takie. Bo kiedy była detekcja fal grawitacyjnych, która zarejestrowała, jak nam mówiono, zderzenie dwóch czarnych dziur i później propagowanie się fal grawitacyjnych przez czasoprzestrzeń i oto dzięki niezwykłym urządzeniom udało się właśnie te fale grawitacyjne zarejestrować. I mówiono nam, że to jest pierwsza detekcja bezpośrednia czarnych dziur, ja przynajmniej tak kojarzę. I pytanie moje jest teraz takie: czy na pewno? Czy obserwacje, i tu zwracam się do pani profesor, czy obserwacje w falach grawitacyjnych to jest bezpośredni dowód na istnienie czarnych dziur? Czy państwo tutaj z ręką na sercu powiedzą nam zgromadzonym i ośmiu miliardom ludzi w internecie, którzy mogą prędzej czy później dotrzeć do tego filmu, że czarne dziury istnieją na pewno?

A.J.:  Zanim na to odpowiem, chciałam jeszcze uzupełnić to, co powiedział Maciej. Bo tak jak pani wspomniała na początku, hipoteza o tym, że istnieją gwiazdy tak ciężkie i zwarte, że nawet światło nie może z nich uciec, to jest bardzo stary pomysł i ten pomysł został zaproponowany już pod koniec XVIII wieku przez angielskiego księdza Johna Michella, który wymyślił taką nazwę „ciemna gwiazda”, czyli taka gwiazda, z której światło nie może uciec. Ale oczywiście no to była tylko taka hipoteza i obserwowano te czarne dziury wiele lat później, ale oprócz tych obserwacji, o których Maciek powiedział, w zakresie radiowym, no to również bardzo ważnych informacji dostarczyły satelity rentgenowskie. Ja akurat swoją karierę naukową zaczynałam od badania emisji rentgenowskiej z układu podwójnego, w którym jednym ze składników jest czarna dziura. I to był mój początek drogi naukowej, która już jest obecnie na pewnym etapie.

K.G.:  Jest na wznoszącej, pani profesor, jest na wznoszącej.

A.J.:  Tak. I absolutnie fale grawitacyjne nie były mi potrzebne do tego, żeby uwierzyć, że istnieją czarne dziury.

K.G.:  Sugestia, wiara. Ja chcę dowodu!

A.J.:  Widzimy je w promieniach Roentgena.

K.G.:  Czy państwo mi powiedzą, nam tu wszystkim zgromadzonym, powtarzam: tak, czarne dziury istnieją na pewno?

M.W.:  Po pierwsze bardzo chciałem życzyć Radiu Naukowemu takich zasięgów i ośmiu miliardów wyświetleń. Z ręką na sercu ja tak odpowiem, jak naukowcy zwykli odpowiadać, że to skomplikowane. Spróbuję może troszkę rozwinąć, co ludzie myślą przez tą bezpośredniość. Zwykle widzimy, no i w promieniowaniu elektromagnetycznym, w obserwacjach czy to w x-ray, czy w radiu, widzimy jednak ostatecznie emitującą światło materię. No może w tym sensie detekcja fal grawitacyjnych, gdzie może nie być żadnej materii wokół tych czarnych dziur, mogą być to same czarne dziury w interakcji z próżnią i rzeczywiście mamy te zaburzenia geometrii czasoprzestrzeni rozchodzące się, to jest to w jakimś sensie może bardziej bezpośrednie. No ale wciąż to jest troszeczkę tak, że słuchamy, nasłuchujemy i gdzieś tam jest droga, jeżdżą samochody i my słyszymy, że bang, coś się zderzyło. Autonomiczne samochody, żeby nie było makabry, nikt nie prowadził tych samochodów. Zderzyły się dwa samochody prowadzone przez sztuczną inteligencję. No i próbujemy na podstawie tego sygnału, że usłyszeliśmy dźwięk zderzenia, wywnioskować, czy może jeden samochód był duży, a drugi był mały. Może marka to za dużo powiedziane, bo nie mamy tak dużo wyboru w ramach teorii względności. To ona przewiduje, że to są czarne dziury.

K.G.:  Chciałabym, żebyśmy zrozumieli, jak działają czarne dziury, na podstawie pewnego modelu. Dlatego że zwykle się pyta, co by się stało, gdybyśmy wpadli do czarnej dziury, jakbyśmy to czuli, ale ja pomyślałam, że będziemy trochę w uniwersum Copernicus Festival i mam pewien model, model niesporczaka, który dzisiaj został mi sprezentowany przez profesora Łukasza Michalczyka. Niesporczaki to te maleńkie zwierzątka wywołujące bardzo dużą sympatię. Niesporczaki są malutkie, tak uprośćmy, że mają koło milimetra, no i taki oto niesporczak wpada do czarnej dziury, państwu się mu przyjrzą.

M.W.:  Ale nie dawajmy mu imienia.

K.G.:  I teraz tak… Oczywiście że damy mu imię teraz. Jak będzie miał na imię nasz niesporczak? To raczej jest dziewczyna. Jakie imię? Stefania? Stefania wpada do czarnej dziury. Na co ją skazujecie według waszych równań matematycznych? Co się z nią dzieje, pani profesor?

A.J.:  Na pewno bardzo się rozciągnie.

K.G.:  Ciągniemy.

A.J.:  Rozciągnie się jak makaron. Jeden jej koniec będzie odczuwał dużo większą siłę przyciągania grawitacyjnego niż przeciwny koniec tego zwierzątka. Tak. Poza tym czas będzie płynął dla niej bardzo wolno. Jej zegar będzie tykał coraz wolniej.

K.G.:  Czy Stefania…

A.J.:  Ona nie zauważy tak naprawdę, co się z nią dzieje.

K.G.:  Czy Stefania zauważy, że jej los już jest nieodwracalny? Że przekracza horyzont czarnej dziury.

M.W.:  To jest różnie, zależnie od wielkości tej czarnej dziury. Co najmniej dla supermasywnych czarnych dziur, bo ja… Fajnie, że mamy takie różne doświadczenia, X-ray i radio. Ja bardziej się zajmuję supermasywnymi czarnymi dziurami, pani profesor się bardziej zajmuje czarnymi dziurami…

A.J.:  W wysokich energiach, tak.

M.W.:  W wysokich energiach, o masie gwiazdowej głównie. Więc mamy takie różne tutaj doświadczenia. Niesporczak przekraczający horyzont czarnej dziury…

K.G.:  Stefania.

M.W.:  Stefania to była, tak? Stefania przekraczająca horyzont supermasywnej czarnej dziury mogłaby nawet tego faktu nie zauważyć, dlatego że tam jeszcze te siły pływowe nie są duże. To właśnie te siły, które powodują rozciągnięcie czy spaghettifikację, natomiast one gdzieś blisko osobliwości, blisko centrum czarnej dziury, już będą istotne i w pewnym momencie rzeczywiście biedna Stefania zostanie rozerwana, dlatego że jedna część jej ciała, która będzie dalej od osobliwości, będzie czuła dużo mniejszą siłę niż… Stopy ma niesporczak?

K.G.:  Ma! I pazurki. Ma łapki.

M.W.:  Niż jej pazurki, na które będzie oddziaływała większa siła. I rzeczywiście zostanie rozciągnięta, ale to jeszcze pół biedy, bo potem wpadnie do tej osobliwości no i nic z niej nie zostanie zupełnie.

K.G.:  Nawet informacja o tym, że była Stefanią i niesporczakiem?

M.W.:  To wspaniałe i bardzo trudne pytanie, co się dzieje z informacją.

K.G.:  Prawda? Bo to jest…

M.W.:  Nie wiem, czy już powinniśmy.

K.G.:  Nie, jeszcze nie, ale mnie bardzo ciekawi właśnie, czy kiedy obiekt, Stefania albo światło, albo cokolwiek innego, które wpada pod horyzont czarnej dziury, czy ono dalej jest Stefanią niesporczakiem, czy dalej jest światłem, czy już pod tym horyzontem dzieje się ta jakaś katastrofa, że właśnie te obiekty, nie wiem, przestają być tymi bytami, jakimi były chwilę wcześniej.

M.W.:  Stefania byłaby cały czas Stefanią, przekraczając horyzont czarnej dziury, a w szczególności właśnie tej supermasywnej, bo tam jest duża odległość między osobliwością a horyzontem. Natomiast blisko osobliwości, no, już się dzieją niedobre rzeczy. Jakby tak sobie Stefania siedziała pod horyzontem, mogłoby być całkiem miło, bo przez jeden punkt mogłaby ciągle patrzeć na wszechświat, na te fotony, które wpadają w jej stronę. No i mogłaby być świadkiem tego, jak mijają sobie wieki.

A.J.:  Ja może tu powiem jednak trochę brutalniej, z punktu widzenia astrofizyka, który obserwuje gwiazdy i materię, która może wpaść do czarnej dziury. Ale właściwie to, co się z nią dzieje po przekroczeniu horyzontu, nas nie interesuje. To właściwie taka Stefania, może jej los nie jest dla nas tak istotny.

M.W.:  To bardzo brutalne.

A.J.:  Interesuje nas to, co się dzieje przed wpadnięciem Stefanii i jej koleżanek pod horyzont. Jeżeli wyobrazimy sobie materię, która spływa z gwiazdy towarzyszącej w postaci dysku, bo to, czym ja się zajmuję, to są czarnodziurowe dyski akrecyjne, tak? Czyli taka materia posiadająca pewien moment pędu, obraca się w postaci dysku dookoła czarnej dziury i dopiero potem do niej wpada, wytraciwszy już swoją prędkość obrotową. No to to jest ciekawe, prawda? Ta materia się nagrzewa, pierścienie w dysku uzyskują ciepło dzięki temu, że właśnie ta energia grawitacyjna jest bardzo duża i świecą. I to nas interesuje, takie dyski utworzone z miliardów Stefanii, takich cząsteczek jak cząsteczki wodoru…

K.G.:  Też by świeciły?

A.J.:  Będą świeciły. I to jest to, co nas interesuje, to jest to, co nam daje dowód na to, że czarna dziura tam jest.

K.G.:  Właśnie te dyski akrecyjne. Bo to jest coś, co możemy obserwować, prawda? Rozgrzana materia.

A.J.:  Tak, to jest coś, co możemy obserwować.

M.W.:  No właśnie tak, skupiliśmy się, co się dzieje pod horyzontem, to wszystko było przy założeniu, że nie ma tam materii otaczającej tę czarną dziurę. No prawdopodobnie niesporczaki, zwłaszcza Stefania, są bardzo wytrzymałe, promieniowanie i tak dalej, natomiast ilość produkowanego twardego promieniowania w zakresach wysokich energii prawdopodobnie… No, na pewno spaliłoby Stefanię po drodze. Tak że no… może nie miałaby tego doświadczenia horyzontu i bycia zgniecioną, rozciągniętą, a potem zgniecioną w osobliwości, bo już by i tak nie żyła.

K.G.:  A jeszcze zawędrujmy proszę, no niesporczaki są mocne, chociaż da się je zabić wbrew obiegowej opinii. Jeszcze na chwilę wejdźmy pod horyzont, zaraz wrócimy do tego, co się dzieje właśnie w dysku akrecyjnym, bo to faktycznie jest szalenie ciekawe, ale jesteśmy w czarnej dziurze, zbliżamy się do osobliwości i o ile wiem, są dwa rozwiązania. Jedno wskazuje, kiedy czarna dziura się nie obraca, że osobliwość jest w punkcie, no i wtedy chyba nie ma wyjścia, tak czy owak Stefania dojdzie do osobliwości, ale przy obracających się czarnych dziurach osobliwość ma kształt pierścienia i mogłaby przelecieć przez środek tego pierścienia, nie? I co dalej?

M.W.:  Gdyby się poruszała na przykład po osi wirującej czarnej dziury w takim uogólnieniu rozwiązania Schwarzschilda, o którym mówiliśmy trochę na poprzednim wystąpieniu profesora Abramowicza, no to rzeczywiście mogłaby przejść przez tą osobliwość w kształcie pierścienia. Nie wiem, co by się stało, tak szczerze mówiąc. Moim zdaniem ta bardzo głęboka struktura Kerrowskich czarnych dziur, no to jest to, co nam mówi matematyczna teoria, a to, co się dzieje bardzo blisko osobliwości, to już tworzy wyzwanie, czy ta teoria dalej łapie te zjawiska, które się dzieją bardzo blisko osobliwości.

K.G.:  Wyjdźmy na powierzchnię w takim razie, już za chwilę dam Stefanii spokój, ale jej ostatnia droga właśnie pod horyzont. Powiedzmy, że wspomniany profesor Łukasz Michalczyk, zresztą obecny tutaj, który już wcześniej na Copernicusie występował i który bada niesporczaki, że zostaje szalonym naukowcem i on postanawia tą Stefanię wrzucić do czarnej dziury. I nigdy tego nie zobaczy, prawda? Nigdy nie zobaczy, że Stefania wpada do czarnej dziury. Proszę mi to wytłumaczyć, bo ja próbowałam to zrozumieć wiele razy, nie rozumiem. Co się takiego dzieje, że obserwator nie zobaczy wpadającego obiektu do czarnej dziury? I czy te dyski akrecyjne, które krążą wokół czarnej dziury, to tak naprawdę już jest materia, która jest w środku, tylko my jako obserwatorzy tego nie widzimy, że ona wpadła do środka? O co tutaj chodzi? Pani profesor.

A.J.:  Nie, to jest materia, która jeszcze nie wpadła do środka. To jest materia, której odległość od horyzontu czarnej dziury jest na tyle jeszcze duża, że ona może krążyć, dopóki nie wytraci swojego ruchu obrotowego. Stanowi dysk. Jeżeli już ruch obrotowy tej materii zostanie wytracony, no to ona wpada, jak to się mówi, radialnie. Ma tylko prędkość radialną, która na horyzoncie osiąga prędkość światła i tam już znika.

K.G.:  A skąd się bierze ten efekt, że właśnie mamy nie widzieć wpadającej materii do czarnej dziury?

M.W.:  Tu można o dwóch aspektach, obydwu całkiem dziwnych, spadania na czarne dziury powiedzieć. Po pierwsze jest różnica między tempem, jakim czas płynie nad horyzontem, czy bardzo blisko horyzontu, a jak czas płynie dla odległego obserwatora. I tak formalnie według równań, gdyby ktoś tam chciał zostać tuż, powiedzmy, długość Plancka powyżej, tuż nad horyzontem zdarzeń, to ta osoba mogłaby patrzeć, jak cały wszechświat przemija w czasie dla niej dosyć zwyczajnie płynącym. Ale to tyle taka matematyczna konstrukcja. Natomiast z punktu widzenia obserwacyjnej praktyki problem jest taki, że częstości ulegają bardzo silnemu przesunięciu ku czerwieni, o którym już wspomnieliśmy przy tych dowodach radiowych na istnienie czarnych dziur, no i w granicy horyzontu ten redshift jest nieskończony. To znaczy tak naprawdę to, co my widzimy, jeżeli coś sobie wpada, gdyby wpadało powoli do tej czarnej dziury, to my byśmy widzieli, że to jest coraz ciemniejsze, ciemniejsze, aż w końcu nasze detektory nie byłyby w stanie tego zobaczyć. Więc tak wygląda jakby… Jeśli można mówić o praktyce obserwowania materii wpadającej na czarną dziurę, to tak by to wyglądało.

K.G.:  No właśnie porozmawiajmy o praktyce badania czarnych dziur i jakie są możliwości, żeby to robić. Pani profesor podkreślała właśnie, że dzięki dyskom akrecyjnym możemy, jak rozumiem, dużo się o nich dowiedzieć. Jak wygląda państwa praktyka właśnie badania czarnej dziury? Pani się zajmuje tymi bardziej o masach gwiazdowych, czyli tymi mniejszymi nieco.

A.J.:  Ja ogólnie się zajmuję teorią dysków akrecyjnych oraz teorią powstawania dżetów i moje badania polegają na tym, że symuluję, używając komputera, ruch materii i to, w jaki sposób te przepływy akrecyjne wyglądają, korzystając właśnie z programów komputerowych. Tak że taka jest praktyka. Z teleskopem nie mam do czynienia, korzystam z danych zebranych przez satelity. To o czym wspomniałam, tak, promienie rentgenowskie emitowane przez dyski akrecyjne na szczęście nie docierają do powierzchni Ziemi, mamy atmosferę, która nas przed nimi chroni. Teleskopy są wysyłane na orbitę i tam zbierają swoje dane. Tak że my z tych danych też możemy korzystać i możemy nasze modele, bo jakby wszystko jest w obrębie modelowania, porównywać z tym, co obserwuje teleskop.

K.G.:  Ale czy grawitacja wokół czarnej dziury działa jakoś inaczej? Czy to jest raczej tak, że to jest po prostu masywny obiekt, który jak każdy inny masywny obiekt zakrzywia czasoprzestrzeń, w związku z tym ta materia wokół niej krąży. Czy jest jakaś inna? Ten obiekt jako taki?

A.J.:  Nie no, operujemy w obrębie ogólnej teorii względności, nic egzotycznego, przynajmniej w moim podejściu, nie występuje oprócz tego, co już opracował Albert Einstein.

K.G.:  To już jest wystarczająco egzotyczne.

A.J.:  Tak działa grawitacja, myślę, że to zupełnie wystarczy.

K.G.:  Wystarczająco egzotyczne.

M.W.:  Możemy też się porównywać z teorią Newtona na przykład.

A.J.:  To nie, nie do końca. Są modele rzeczywiście, od których ja jeszcze w swojej pracy magisterskiej wychodziłam, które bazują na potencjale pseudonewtonowskim. To jest takie tam, troszeczkę modyfikacja potencjału newtonowskiego z użyciem wartości promienia grawitacyjnego. Daje nam to możliwość opisania zjawisk w sposób wystarczająco dobrze przybliżony i to też działa, tak, rzeczywiście.

M.W.:  Z daleka obiekty takie jak czarne dziury wyglądają i zachowują się tak samo jak obiekty, które byśmy opisywali prawami Newtona czy dobrze znanymi prawami Keplera. No i na przykład Nagroda Nobla z roku 2020 za określenie masy supermasywnej czarnej dziury czy wskazanie, że w centrum naszej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura, te badania dotyczą czarnej dziury, obiektu właśnie, które jest opisywany przez ogólną teorię względności. Ale metodologia jest dokładnie taka, jakby Kepler to robił. To znaczy: mierzymy orbity gwiazd krążących wokół tego obiektu i używamy po prostu praw Keplera, żeby zważyć ten obiekt. Dopiero koło roku bodajże 2018 jakieś pierwsze efekty się pojawiły, które byli w stanie dokonać ich detekcji, które jakby pokazują, że jest coś więcej ponad te bardzo stare prawa grawitacji Newtona.

A.J.:  Bardzo dobrze, że wspomniałeś o prawach Keplera, bo one są również ważne w wypadku układów podwójnych. Gwiazda i obiekt zwarty, który niekoniecznie musi być czarną dziurą, bo coś, czego nie widać, to może być równie dobrze gwiazda neutronowa. Chodzi o to, jaką ma masę i to, aby powiedzieć, jaką ma masę ta niewidzialna gwiazda, to właśnie po to się używa praw Keplera. Mierzy się ruch gwiazdy widzialnej w tym układzie podwójnym i używając prawa Keplera, można ograniczyć wielkość masy niewidzialnej gwiazdy. I wtedy wiemy, co to jest.

M.W.:  Czyli z daleka możemy patrzeć tak samo jak Newton.

K.G.:  Ale z daleka to jest oczywiście wielkie wyzwanie, bo pewnie państwo kojarzą te obrazy, które często były opisywane jako zdjęcia czarnej dziury. To doktor Maciej Wielgus w tym zespole, który był, właśnie który się tworzeniem tych obrazów zajmował. I oczywiście że to nie było zdjęcie jako takie, ale powiedzmy, na czym polegały te obserwacje, czy pewnie polegają cały czas. Bo ten obraz został uzyskany na podstawie radioteleskopów, a nie oczywiście w falach widzialnych. No mówiąc wprost: jak żeście to zrobili?

M.W.:  To bardzo przyjemne pytanie, bo teraz mam jeszcze okazję nawiązać do tej praktyki, jak robimy tę naukę o czarnych dziurach. Pani profesor stwierdziła, że ta strona numeryczna i ta strona teoretyczna, to znowu się fajnie uzupełniamy, bo ja mogę powiedzieć coś o stronie bardziej obserwacyjnej. No to spróbuję wytłumaczyć choć trochę. Pytanie, czy zdjęcie, czy to możemy obraz czarnej dziury nazywać zdjęciem, taki jak obrazy wykonane przez teleskop horyzontu zdarzeń. Chodziłem po świecie z wykładami i mówiłem, że no nie, to nie jest do końca zdjęcie, aż trafiłem na konferencję fotografów, gdzie byłem po prostu tak zaproszony, bo chcieli usłyszeć coś ciekawego, co nie jest, albo jest właśnie, fotografią. Jak ja powiedziałem, że obraz czarnej dziury nie jest przecież oczywiście, no nie jest taką fotografią, no to ktoś miał komentarz, czy ja wiem, co to znaczy fotografia, że przecież po grecku to jest fotos i grafos, to rysowanie światłem. No i mierzymy światło, rejestrujemy światło i wykorzystujemy je do narysowania obrazu. Chyba się przychylę teraz do tego i będę bronił nazywania obrazów czarnych dziur jeśli nie zdjęciami, to co najmniej w jakimś sensie fotografiami. Co stoi za całą tą obserwacją? Jest dosyć dużym technologicznym wyzwaniem, bo potrzebujemy sieci radioteleskopów, globalnej sieci radioteleskopów, i nie byle jakich radioteleskopów. Na przykład radioteleskop toruński nie jest byle jaki. Jest wspaniałą maszyną trzydziestoczterometrową bodajże, ale on nie ma możliwości pracować w odpowiednich długościach fali. My potrzebujemy bardzo krótkich fal, bo im krótsza długość fali, w której obserwujemy, tym dostajemy lepszą rozdzielczość, jak chcemy patrzeć na bardzo zwarte obiekty, które mają bardzo małą średnicę kątową na niebie. Czyli Toruń odpada. Wszystkie teleskopy, których musimy używać, muszą się znajdować w jakichś przedziwnych miejscach, po to właśnie, żeby umożliwić obserwację w krótkich falach bez przeszkadzania nam przez atmosferę. Czyli na przykład mamy teleskop na biegunie południowym albo na pustyni Atakama w Chile na 5000 m, albo na szczycie Sierra Negra, 5000 m w Meksyku. No kto rozsądny budowałby ciężki radioteleskop w takich niedostępnych miejscach, gdyby nie było absolutnej potrzeby do tego. No i właśnie potrzebą jest to, że musimy obserwować bardzo krótkie długości fali. No to teraz mamy, udało nam się zlepić kilka teleskopów w bardzo dziwnych miejscach, które mogą sprostać temu wyzwaniu. No teraz musimy je wirtualnie, numerycznie połączyć. Muszą obserwować ten sam obiekt, muszą rejestrować bardzo surowy strumień danych. I my numerycznie porównujemy strumień danych z jednego teleskopu, z drugiego teleskopu. To są petabajty danych, które w 99,9999% zawierają szum, wyłącznie szum. Ale szum jest nieskorelowany pomiędzy jednym odbiornikiem a drugim, a jeżeli widzimy jakiś sygnał na niebie, jeżeli obydwa teleskopy patrzą w ten sam obiekt, no to ta część pomiaru, ten 0,0001% energii, trochę mniej, będzie skorelowany. Czyli możemy sobie je porównywać, uśredniać i cierpliwie, cierpliwie wyciągnąć troszeczkę danych z tego. Teraz te dane się znajdują niestety w przestrzeni fourierowskiej, nie będę wnikał w matematyczne szczegóły. No ale to jest pewien dodatkowy problem, że to nie jest taki teleskop, w który patrzymy i widzimy to, co jest na niebie, tylko widzimy jakąś okropną całkową transformatę. Powiedziałem „okropną”, ale ja bardzo lubię transformaty Fouriera. Widzimy jakąś bardzo miłą transformatę całkową tego sygnału i z pojedynczych pomiarów tej transformaty musimy zrekonstruować obraz. To jest niesłychanie trudne, no i dlatego to trwało tyle czasu, żeby stworzyć wirtualny teleskop wielkości Ziemi i żeby przeanalizować dane. I dopiero te pierwsze obrazy czarnych dziur uzyskaliśmy w 2019 roku. Powiedziałem „obrazy”. Fotografie.

K.G.:  I czy poza tym, że to było piękne, imponujące matematycznie, czy to nam dało jakieś informacje, jeśli chodzi o te obiekty? Coś dodatkowego się dowiedzieliśmy, albo może sprawiło, że zadaliście kolejne pytania, czy teoretycy czy obserwatorzy? Jak to było, pani profesor?

A.J.:  No wspomniałeś tutaj na samym początku o tym, jak się uzupełnia teoria i obserwacje. Z tego co ja rozumiem, to do zbudowania obrazu czarnej dziury używacie jednak modeli teoretycznych, prawda? Macie całą bibliotekę modeli, które opisują to, w jaki sposób świeci materia wpadająca pod horyzont czarnej dziury i te modele są sparametryzowane kilkoma ważnymi liczbami. Pierwszą z nich jest to, czy czarna dziura się obraca i jak szybko, tak? Czy jest to czarna dziura Kerra, czy czarna dziura Schwarzschilda, i w którą stronę się kręci ona, a w którą stronę kręci się ten otaczający ją dysk. Drugi parametr no to rozumiem, że jest jakiś tam, skąd patrzymy, tak? Czy patrzymy pod takim kątem, czy pod innym, pewnie jeszcze kilka. I macie bardzo dużo możliwości do sprawdzenia, prawda? To nie jest jeden obraz. Ten jeden, który najlepiej pasuje, to jest ten, ale jest wiele możliwości.

M.W.:  Sama rekonstrukcja obrazu absolutnie nie zakłada nic na temat teorii. Rekonstrukcja obrazu nie używa żadnych modeli. Używamy modeli do interpretacji tych obserwacji. Na przykład jeśli widzimy pierścień o jakiejś średnicy, no to możemy spytać modele numeryczne: OK, co musi robić ten gaz rozgrzany, spadający na czarną dziurę, żeby dać nam tę wielkość obrazu? Jeżeli widzimy jakąś asymetrię w tym obrazie, no to na przykład: to pod jakim kątem musimy patrzeć, żeby było tyle asymetrii w obrazie? Natomiast sama rekonstrukcja obrazu, ja to bardzo chcę podkreślić, dlatego że to był taki częsty komentarz. Dlatego że my chodziliśmy właśnie po różnych wykładach i opowiadaliśmy ludziom, że tutaj o tu użyliśmy sztucznej inteligencji do tych modeli, bardzo różne rzeczy opowiadaliśmy, ale to dotyczy interpretacji. Sam obraz nie używa w ogóle teorii. No, poza optyką falową i i twierdzeniem Van Citterta–Zernike, czyli tych matematycznych podstaw tej metody pomiarowej.

K.G.:  Wreszcie mamy jakieś konfrontacje! To pociągnijmy ten wątek. Czy przypadkiem nie bywa tak, że obserwatorzy trochę psują teoretykom, nie? Macie pięknie wszystko policzone, rozrysowane, wpuszczone w komputery. Działa, śmiga jak złoto. Przychodzą obserwatorzy i eee, tu trochę nie działa, ale w ogóle to nie jesteśmy pewni, bo tu szum, bo tu jakiś gaz, tutaj się trzęsło, tu nie wiadomo czy nie jakaś pomyłka, w ogóle nie wiemy. Czy wy się lubicie czy nie?

M.W.:  No bardzo!

A.J.:  My się bardzo lubimy, my się bardzo potrzebujemy nawzajem. Ale ja bym powiedziała, że jest odwrotnie. Najczęściej jest tak, że obserwatorzy są bardzo pewni swoich wyników. Obserwacja to jest no prawie to, co eksperyment w fizyce. Może nie do końca, ale jednak coś takiego namacalnego, tak? A teoria no to tylko teoria i każdy teoretyk jest bardzo nieśmiały. I na ogół mówimy: dobrze, ale no poczekajmy, czy będą jakieś nowe obserwacje, które nam wywrócą nasz pomysł do góry nogami, czy nie będą. Obserwatorzy są bardziej pewni siebie.

M.W.:  Najlepiej jest, kiedy mamy właśnie synergię, w której sobie pomagamy nawzajem, ale rzeczywiście czasem też sobie przeszkadzamy nawzajem, kiedy są właśnie jakieś obserwacje, które bardzo trudno zinterpretować. Aczkolwiek ja mam wrażenie, że jeżeli jest jakaś obserwacja, która jest dziwna, czy jest niepewna, zwykle bardzo szybko teoretycy proponują więcej modeli niż punktów pomiarowych w tej obserwacji. I tak przez długi czas było z historią…

K.G.:  Więcej modeli, astronomia wytrzyma!

M.W.:  Tak. Tak przez jakiś czas było z historią szybkich błysków radiowych. Bardzo dużo teorii się namnożyło do dosłownie kilku obserwacji. Tutaj takie szczególne zjawiska, znowu w dziedzinie radiowej, no i między innymi ja też się przysłużyłem do tego z profesorem Abramowiczem, który mówił wcześniej swój wykład. I my zaproponowaliśmy swój model, o którym profesor Abramowicz trochę wspominał na spotkaniu wcześniejszym. No ja z wielką dumą patrzę, że dalej jak są jakieś przeglądowe opowiadania na konferencjach, ten model się bardzo często pojawia, ale zwykle na drugim slajdzie, nie na pierwszym. Na pierwszym jest kilka takich modeli, z którymi dzisiaj się astrofizycy zgadzają, a potem jest „no były też bardzo dziwne pomysły na to, co to są szybkie błyski radiowe” i wtedy się pojawia nasza praca.

K.G.:  Porozmawiajmy trochę o dziwnych koncepcjach czy mniej może popularnych koncepcjach związanych z czarnymi dziurami, bo o tym, jak one powstają, to mniej więcej pewnie większość z nas wie, że mamy wybuch supernowej, zapada się ta materia, która pozostaje, i mamy czarną dziurę. A jak będzie materia jakaś dookoła i ta czarna dziura będzie mogła ją sobie wchłonąć, no to będzie rosła. Dobrze streściłam, tak mniej więcej?

A.J.:  Mniej więcej.

K.G.:  A pierwotne czarne dziury? To to są dopiero gagatki! O ile są. Kto z państwa? Są, nie ma, jak miały powstać?

A.J.:  Ja się pierwotnymi czarnymi dziurami przestałam zajmować jakiś czas temu, więc nie mogę powiedzieć, co obecnie jest najbardziej przekonującym dowodem na istnienie czy też nieistnienie. Słyszeliśmy wcześniej, profesor Abramowicz powiedział, że z całą pewnością nie istnieją. Ja miałam w swoim dorobku 2 czy 3 takie prace, które popełniłam w pewnym momencie na temat pierwotnych czarnych dziur, doszukując się ich związku z rozbłyskami gamma, ponieważ były pewne takie pomysły, że pewna podgrupa rozbłysków gamma, może zaraz wyjaśnię w ogóle, co to jest, ale zostawmy na chwilę, może być związana z pierwotnymi czarnymi dziurami, które parują w naszej galaktyce, właśnie teraz, w tej chwili. I w wyniku tego odparowywania powstaje rozbłysk. Ten pomysł upadł, od razu się przyznam: upadł i ja go nie kontynuuję. Natomiast sama praca moim zdaniem była przyjemna, ciekawa, można było coś policzyć łatwo na komputerze, profil rozbłysku, rozkład i kilka ciekawych rzeczy zrobić. Ale może właśnie przejdę do tych rozbłysków gamma, bo to jest też swoją drogą bardzo ciekawa historia z nimi. Rozbłyski gamma obserwowano na niebie już w latach 60., ale właśnie nie było wiadomo, czy one pochodzą z Układu Słonecznego, być może gdzieś w pobliżu Ziemi, być może są to w ogóle jakieś efekty prób nuklearnych, tak, które w czasie zimnej wojny wrogie sobie obozy mogłyby przeprowadzać w tajemnicy przed przeciwnikiem. Okazało się, że są to po pierwsze zjawiska kosmiczne. Po drugie pochodzą spoza Układu Słonecznego i spoza naszej galaktyki. Ale zanim się to okazało, minęło 30 lat, które teoretycy poświęcili na produkowanie coraz to innych, bardziej fantazyjnych teorii na to, co może odpowiadać za takie rozbłyski, niezależnie od tego, czy one są blisko, czy daleko, czy pośrodku. I bodajże kilkaset takich teorii powstało.

K.G.:  Fajna robota, nie? Zero odpowiedzialności.

M.W.:  To ja tylko powiem, że ja również przychylam się do opinii, że najprawdopodobniej nie istnieją takie primordialne czy pierwotne czarne dziury. Natomiast chciałbym jeszcze kilka prac napisać na ten temat pomimo tego.

K.G.:  Dobra, to to nie padło w takim razie jakby co. Wymażemy, wytniemy z internetu. Bo jak rozumiem…

M.W.:  Ale 8 miliardów osób.

K.G.:  I to na żywo mogą oglądać! Nie wytniemy. Trudno, poszło. Bo na ile dobrze rozumiem, to pierwotne czarne dziury mają być maleńkie. I gdyby istniały, to mogłyby teraz tak bziumm, tutaj sobie przelecieć i nic by się nie wydarzyło, nic by nie zostało wessane, wciągnięte. I ona by uważała, że leci przez pustkę, pusty ten świat.

M.W.:  Jeżeli te czarne dziury pierwotne miałyby masę nie Słońca, ale asteroidy… Słońce ma, mam nadzieję, że nie pomylę tej liczby, bo to byłby straszny wstyd, 10 do trzydziestej drugiej grama.

K.G.:  8 miliardów ludzi słucha.

M.W.:  To już będę mówił w wielkościach względnych.

K.G.:  Oraz profesor Abramowicz!

M.W.:  Ja myślę, że profesor Abramowicz nie pamięta, jaka jest masa Słońca.

K.G.:  Te oklaski to od profesora.

M.W.:  Teraz załagodzę swoją wypowiedź. Tak samo jak Einsteina kiedyś spytano, czy on wie, ile to jest prędkość dźwięku. I on powiedział: no ja nie wiem, przecież mogę to sprawdzić. Ja tu się zajmuję poważnymi równaniami, a nie tym, jaka jest prędkość dźwięku. No dobrze, masa Słońca: 10 do trzydziestej drugiej grama, mam nadzieję.

A.J.:  Dwa razy 10 do trzydziestej trzeciej.

M.W.:  Rząd wielkości jeszcze sobie daruję sam. Tak, primordialne, pierwotne czarne dziury, gdyby one miały masę poniżej 10 do 20 grama, czyli bardzo, bardzo mały ułamek masy Słońca, to rzeczywiście miałyby tak mały promień Schwarzschilda, że przelatywałyby przez materię bez interakcji z jakąkolwiek cząstką. Materia składa się głównie z pustki. Między jądrem atomowym a elektronem jest bardzo duża, pusta objętość, więc generalnie te czarne dziury po prostu leciałyby przez wszechświat i bardzo, bardzo rzadko dokonywały jakiejkolwiek interakcji. Być może przechodzą przez nas bardzo lekkie czarne dziury.

K.G.:  A może czarne dziury są przereklamowane? Może to wszystko jest przeginka i interesujemy się tym, no bo to jest takie uuu, niezrozumiałe, dziwne i można zrobić „Interstellar” i tak dalej, a tak naprawdę ciekawsze są inne obiekty zwarte? I tak zerkam w stronę pani profesor, spodziewając się zgody.

A.J.:  Czarne dziury nie wiem, czy są przereklamowane, ale z mojego punktu widzenia czarna dziura bardzo upraszcza sprawy. Tak jak wspomniałam, interesuje nas materia, która się porusza ponad horyzontem. To, co się dzieje poniżej, nas nie obchodzi, a dodatkowo horyzont czarnej dziury stanowi dla nas idealny warunek brzegowy na przykład w obliczeniach numerycznych. My po prostu zerujemy wszystkie wartości na horyzoncie, gęstość i tak dalej, wszystkie fizyczne własności materii kładziemy, że to jest zero, i bardzo łatwo rozwiązać równania z takim warunkiem brzegowym.

K.G.:  A jeśli jest to…

1. J.: Dużo trudniej jest zrobić fizyczny model opadania materii na gwiazdę neutronową. Tutaj mamy twardą powierzchnię gwiazdy. Mamy obiekt, który może się obracać, może coś robić, tak? Może na jej powierzchni zachodzić eksplozja termojądrowa, może coś się tam zadziać takiego, co nam nasze obliczenia skomplikuje, ale jednocześnie uczyni je bardziej wartościowymi z punktu widzenia fizyki, którą chcemy zbadać. Tak że ja jestem za gwiazdami neutronowymi, rozmawialiśmy już o tym.

   K.G.: Team gwiazdy neutronowe: pani profesor Janiuk.

   M.W.: To ja będę team czarna dziura w takim razie, choć zgadzam się oczywiście z tym wszystkim. Bogactwo fizyki w systemie z gwiazdą neutronową w jakimś sensie można nazwać większym bogactwem i wyzwania nawet większymi wyzwaniami, ale to właśnie ta prostota czarnej dziury daje nam jakąś nadzieję na testowanie takich możliwości, jak pogodzenie teorii względności i mechaniki kwantowej. Dlatego że czarne dziury właśnie nie mają tego aspektu, że jest jakaś powierzchnia, jakaś materia. Mają masę, mają moment obrotowy i nic więcej nie mają. Są praktycznie takimi makroskopowymi kwantowymi obiektami.

   A.J.:  No tak, ale co z tego?

   K.G.:  No jak co z tego? No ta osobliwość, to, że się załamują tam te teorie, że nie da się tego połączyć, no to to nie jest jakieś takie jednak nęcące?

   M.W.:  Dla mnie jest.

   K.G.:  Dla pani profesor już nie?

   A.J.:  Nie. W mojej dziedzinie teraz największą ekscytację wzbudza pochodzenie pierwiastków we wszechświecie, pochodzenie pierwiastków ciężkich.

   K.G.:  Dużo bardziej konkretnie, trzeba przyznać.

   A.J.:  Tak. Konkretne rzeczy, które tu na Ziemi też występują w niewielkich ilościach, tak zwane pierwiastki ziem rzadkich. Tu obecnie bardzo to na przykład polityków fascynuje, tak? Skąd wydobyć pewne zasoby, tak? Żebyśmy produkowali dobrą elektronikę. W tej branży, że tak powiem, bardzo pomocne są symulacje, które robimy odnośnie tego, jak zachowują się zlewające się ze sobą gwiazdy neutronowe, z których oczywiście jako produkt uboczny powstaje jakaś tam czarna dziura, ale to to jest marginalna sprawa, co ta czarna dziura potem dalej zrobi. Interesuje nas to, co nie wpadnie, tylko wyleci, co wzbogaci środowisko międzygwiazdowe, materię międzygwiazdową w ciężkie pierwiastki, które później utworzą jakiś układ planetarny. Tam powstanie nasza Ziemia i będziemy mieli te zasoby. Z czarnych dziur to naprawdę nie wyprodukujemy nawet smartfona.

   M.W.:  To trochę prawda, bo ja już rzeczywiście znam protony i elektrony, a jak już się pojawia hel, to jest dla mnie chemia i już się tym nie zajmuję, tak że rzeczywiście.

   K.G.:  A może jest tak, że jednak tutaj coś jest nie w porządku całkiem z teoriami, czy konkretnie, jak rozumiem, z teorią Einsteina, no bo wiemy, co się dzieje nad horyzontem, to jest badane. A to, co jest pod, to jak rozumiem to, co wszystko państwo mówią, to jest kwestia interpretacji obliczeń matematycznych wynikających z teorii. No i może to jednak nie jest tak? Może tam nie ma tej osobliwości, a może to nie jest sferyczne? Może w środku naszej galaktyki ta supermasywna rzecz nie jest czarną dziurą, tylko tunelem czasoprzestrzennym?

   M.W.:  To jest tak, że rozumiemy grawitację bardzo dobrze w słabym reżimie, mamy mnóstwo testów w Układzie Słonecznym, w życiu codziennym. Jak coś, jak zrzucimy ze stołu, to spadnie, i rozumiemy to właściwie intuicyjnie. Na poziomie tej silnej grawitacji do jakiegoś stopnia jesteśmy na etapie takiego testowania statystycznej hipotezy zero. I hipoteza zero to jest ogólna teoria względności, no bo ona nam działa w tym słabym reżimie, w szczególności używamy jej na co dzień. Nadajniki GPS używają korekt związanych z ogólną teorią względności, nie tylko ze szczególną. No i na horyzoncie ta teoria zachowuje się dobrze, na horyzoncie zdarzeń, ona nie ma tam problemu. Dla nas koncepcyjnym problemem jest horyzont zdarzeń, ale dla teorii względności on nie jest problemem w matematycznym sensie. Dopiero ta osobliwość staje się jakimś matematycznym wyzwaniem. Co prawda, jak mówimy, że nam dobrze działa teoria względności i ta hipoteza, że wszechświat jest pełen czarnych dziur, no to do jakiegoś stopnia to jest cały czas ta hipoteza zero. No nie mieliśmy czarnej dziury w laboratorium. Nie przyjrzeliśmy się jej z bliska. Nie wzięliśmy lupy, żeby na nią spojrzeć. Nie pomierzyliśmy jej w taki bezpośredni sposób w kontrolowanym środowisku. Więc jest jeszcze jakieś pole cały czas, żeby zmodyfikować teorię grawitacji w zakresie silnego pola no i na przykład dostać jakieś zupełnie inne rozwiązanie. To jest matematycznie jak najbardziej ciągle jakaś opcja.

   K.G.:  Tunel na przykład?

   M.W.:  No na przykład tunele czasoprzestrzenne to jest jeden typ rozwiązań, które często się pojawiają w takim kontekście, że to może nie czarne dziury, tylko właśnie takie tunele czasoprzestrzenne, które łączą tę część wszechświata i jak tam materia wpada, to nie znika za horyzontem, tylko wyskakuje gdzieś na drugim końcu wszechświata. No z nimi są różne problemy matematyczne. Na przykład żeby taki tunel czasoprzestrzenny był stabilny i rzeczywiście coś mogło przez niego przejść, zanim się skolapsuje, zanim się załamie, to potrzeba materii o negatywnej energii. No i teraz jak mówimy „materia o negatywnej energii”, no to po pierwsze to brzmi dosyć fantazyjnie, ale z drugiej strony kosmolodzy nam wtedy powiedzą, że stała kosmologiczna, że ciemna energia to jest właśnie takie coś, co wyglądałoby jak ta energia potrzebna do ustabilizowania dziury robaczej czy tunelu czasoprzestrzennego. Wormhole, po polsku to by była dziura robacza, malownicza nazwa.

   A.J.:  No ja czytałam rzeczywiście w ostatnich kilku latach, od kiedy teleskop horyzontu zdarzeń opublikował swoje obrazy, tak, najpierw galaktyki M87, później centrum naszej galaktyki, pojawił się szereg prac, w których ludzie zamiast tradycyjnej grawitacji, tak, teorii względności, używają jakichś zmodyfikowanych teorii grawitacji, proponują rozwiązania, które mogłyby zostać użyte do zinterpretowania waszych obrazów i równie dobrze reprezentować to, co widzi teleskop. Natomiast z tego co wiem, większość uczestników tego projektu, jak również większość społeczności astrofizycznej, jednak traktuje to z przymrużeniem oka, że takie egzotyczne rozwiązania po pierwsze nie wiadomo, czy są w ogóle uzasadnione ich proponowanie, skoro bardzo dobrze obraz można zinterpretować w ramach po prostu rozwiązania czarnej dziury Kerra, a po drugie czy one są na pewno poprawne.

   M.W.:  To jest właśnie to testowanie hipotezy zero, że dopóki nie mamy podstaw do jej odrzucenia, to oczywiście możemy to robić i powinniśmy, jako taki intelektualny wysiłek, myśleć o innych rozwiązaniach, innych czasoprzestrzeniach, innych geometriach. No ale rzeczywiście nie mamy jakiegoś silnego dowodu na to, że… Nawet słabego dowodu tak naprawdę nie mamy na to, że coś by nam nie działało, i dobrze nam się interpretuje to, co widzimy, w ramach teorii względności, która mówi, że takie obiekty to są czarne dziury i mają takie własności, jakie wynikają z równań.

   K.G.:  Niemniej jest cień nadziei dla Stefanii jednak, że…

   M.W.:  No gdyby tak wpadła do takiego… To nawet ta dziura robacza bardzo pasuje, bo to… Nie wiem, czy niesporczak to jest taki robak?

   K.G.:  Niesporczak to jest niesporczak. To jest…

M.W.:  Dobrze.

K.G.:  Po prostu.

M.W.:  Niesporcza dziura!

K.G.:  O! Szanowni państwo, kto z państwa miałby ochotę na zadanie pytania naszym wspaniałym gościom? A, tutaj mamy pytanie z przodu, bardzo prosimy, i tam widzę pana potem ze środka, i też, tak, widzę pana trzeciego, pan macha. Jeden, dwa, trzy, bardzo prosimy.

Widz 1: Dzień dobry państwu. Ja mam takie pytanie, jest taki kanał na YouTubie o fizyce, nazywa się ScienceClic. Nie wiem, czy państwo mieli okazję go widzieć. Tam są piękne wizualizacje na temat fizyki i tam jest jeden odcinek, przedstawia, co się dzieje, kiedy wpada się w czarną dziurę, mówiąc tak kolokwialnie. I jedna rzecz tam jest intrygująca mnie bardzo, ponieważ stożek świetlny w tej wizualizacji, on zmienia swój kąt w ten sposób, że jak to jest nawet powiedziane, przestrzeń staje się czasem, a czas staje się przestrzenią. Środek czarnej dziury przestaje być miejscem, a zaczyna być przyszłością. I mam pytanie, czy technicznie rzecz biorąc to się zgadza? Jeśli tak, to jak można sobie to wytłumaczyć tak na chłopski rozum, bo to mieli mój mózg.

K.G.:  Ratujcie!

M.W.:  Znaczy, to jest malownicze przedstawienie sprawy, ono nie jest błędne, natomiast ja nie mam takiej intuicji na poziomie obserwatora, który mógłby powiedzieć, jak to należy rozumieć. Intuicja się sprowadza tutaj do przyglądania się własnościom równań, niestety.

K.G.:  To chyba jakoś trzeba będzie pomóc temu zmielonemu mózgowi w kuluarach może, bo to wydaje się trudniejsze pytanie. Bardzo prosimy dalej.

Widz 2: Żeby zadać pytanie, to muszę zacząć od początku, czyli od Wielkiego Wybuchu. Bo tak się mówi, że…

K.G.:  Organizatorzy, to potrwa jeszcze. Musicie odwołać następne.

Widz 2: No nie no, może zmieszczę się w 3-4 minutach, dobra. Tak się zakłada, że przestrzeń powstała w wielkim wybuchu, jednocześnie zakładając, że wielki wybuch się zdarzył w jakiejś przestrzeni. Czy może to jest ograniczenie naszego mózgu, bo nasz mózg w ogóle rozdziela coś czasoprzestrzeń na czas i przestrzeń, co jest chyba już pewnym zafałszowaniem rzeczywistości. Ale nasz mózg, no cóż, ogląda świat w przestrzeni i chyba to poza możliwością wyobraźni jest, żeby wyobrazić sobie brak przestrzeni, bo nie można tego zwizualizować. Brak przestrzeni nie ma ani wnętrza, ani zewnętrza. Brak przestrzeni to dla mnie niemożliwość istnienia punktu o wymiarze zera, bo punkt o wymiarze zero wymaga istnienia przestrzeni. Wtedy początek właśnie byłby powstaniem punktu o wymiarze zero, czyli czymś, co przypomina bardzo fluktuację kwantową. A wiadomo, że fluktuacja kwantowa, jak wiadomo, jak ktoś to kiedyś tam stwierdził, żeby fluktuacja kwantowa była anihilacją, pojawieniem się i anihilacją cząstek, to obserwowana energia jest przynajmniej 100 rzędów wielkości za mała, więc na pewno fluktuacja kwantowa anihilacją nie jest.

K.G.:  Czy byłby pan uprzejmy do pytania, bo to wszystko jest bardzo ciekawe, ale czas nam ucieka.

Widz 2: Właśnie mi o to chodzi. Do czarnych dziur to można dojść dopiero na końcu. I prawdopodobnie jak był jakiś początek, to była to właśnie jakaś fluktuacja kwantowa.

K.G.:  Czyli rozumiem, że sugestia jest taka, że Wielki Wybuch mógł być kiedyś z czarnej dziury, się wydaje?

Widz 2: Nie, z niczego.

K.G.:  Z niczego, okej.

Widz 2: Bo Wielki Wybuch rozdziela nic na plus i minus nieskończoność, a jeżeli się tak okaże, że taka energia plus minus nieskończona…

K.G.:  Ja myślę, że to są kwestie, które już trzeba w kuluarach rozwijać, natomiast dziękujemy bardzo za te wszystkie uwagi. Czy państwo chcieliby się jakoś odnieść do tych uwag?

A.J.:  To znaczy ja tutaj właśnie nie mogę całkiem odpowiedzieć panu na pytanie, bo rozumiem, że to jest bardzo fundamentalne pytanie. I tutaj pewnie zresztą kosmologowie mieliby więcej do powiedzenia na temat historii wszechświata i co było, zanim nastąpił Wielki Wybuch. Ja rozumiem, że nie ma takiego pojęcia, co było „zanim”, no bo nie było czasu, więc nie można powiedzieć, co było wcześniej, a co później. Natomiast to, o czym my tutaj mówiliśmy, ta ogólna teoria względności, z której wynikają rozwiązania Schwarzschilda i tak dalej, istnienie czarnych dziur w ogóle, no to tutaj posługujemy się pojęciem interwału czasoprzestrzennego, tak? Czyli już nie przestrzeń jakby sama w sobie oddzielona od czasu, tylko zdarzenia, tak? Odległość między zdarzeniami, więc ja mogę siedzieć tutaj, w tym miejscu, i w tym samym miejscu będę siedziała na przykład za rok. Mam nadzieję, że państwo mnie jeszcze kiedyś zaproszą. I interwał to jest ten rok, tak? To to jest też odległość, tutaj jakby przestrzeń to jest jedna rzecz, a druga rzecz to jest współrzędna czasowa. To tylko tyle mogę dodać, a nie wiem, może Maciek jeszcze.

M.W.:  Znaczy ja tak odpowiem bardzo prawie że prostacko, ale matematycznie. Jeżeli dobrze zrozumiałem, to pytanie było, skąd się wzięła nagle energia? No to zasada zachowania energii matematycznie jest konsekwencją czasowych symetrii w systemie, czyli że możemy sobie przesunąć w czasie, no i podobnie wygląda ten system. No jeżeli wszechświat miał początek, to nie ma symetrii w czasie, to nie musi zachowywać energii. Ale to jest takie troszeczkę no właśnie prostackie wyjaśnienie, takie odsunięcie problemu, bo to oczywiście jest głęboki, fundamentalny problem, czemu jest coś raczej niż nic?

K.G.:  Poprosimy następne pytanie.

Widz 3: Ogólnie to, co widzimy, i nośnikiem naszej rzeczywistości jest światło. Ogólna teoria względności, rozumiem, że zamrożenie w czarnej dziurze jest takim wynikiem obliczeń tej ogólnej teorii względności. A co jeśli na przykład istnieje jakaś tam obca cywilizacja, która opracowała swoją własną, załóżmy, ogólną teorię względności i dla tej obcej cywilizacji nośnikiem rzeczywistości jest coś innego niż światło, coś szybszego na przykład, można powiedzieć.

A.J.:  Nie wiem, co by było, gdyby taka cywilizacja chciała nam przekazać informacje.

M.W.:  To nie tylko musiałaby być inna cywilizacja, ale też musiałaby być w innej fizycznej rzeczywistości. Bo jeśli żyjemy w rzeczywistości, która jest opisywana przez równania fizyki tak, jak je rozumiemy, no to ta prędkość światła jest graniczną prędkością.

K.G.:  Ale może jest coś, czego nie dostrzegamy? My tutaj, Homo sapiens z naszymi wszystkimi aparaturami. Jak rozumiem, to jest takie trochę pytanie.

M.W.:  Zawsze powinniśmy mieć otwartą głowę na przewroty i rewolucje w nauce.

A.J.:  Jeszcze tylko dodam, że fale grawitacyjne oprócz światła są też nośnikiem informacji, ale one też się rozchodzą z prędkością C.

K.G.:  Jeszcze widziałam pytania, czy ktoś z państwa? Jest!

Widz 4: Dzień dobry, ja od Stefanii, zatroskany jej losem, kiedy wpada do czarnej dziury. A jak byśmy sobie wyobrazili taką czarną dziurę, wokół której nie ma żadnej materii, tak? Nie ma tego dysku akrecyjnego. I teraz Stefania wpada i według tego co, jeżeli dobrze zrozumiałem, co mówiliście, to ona nie zauważy, że przekroczy horyzont zdarzeń, tak? Po prostu będzie sobie wpadała. Ale co z promieniowaniem Hawkinga? Czy na horyzoncie nie ma jakiejś takiego firewalla? Takiej ściany ogniowej, gdzie tego promieniowania jest tak dużo, że ona by niestety tam, biedaczka, spłonęła w sekundzie?

M.W.:  Nie wiemy. Istniała taka hipoteza firewalla, która troszeczkę została porzucona przez naukowców w ostatnich latach. Ta hipoteza była próbą wyjaśnienia paradoksu informacyjnego i to są kwantowe efekty splątania, manifestujące się tuż nad horyzontem zdarzeń. Sam autor tego pomysłu umieścił artykuł na stronie archive z preprintami prac i ponieważ tam nie można wycofać tych prac, jak się na przykład zmieni zdanie, to on submitował nową wersję tej pracy, w której jest tylko zdanie, że autor tej pracy już nie wierzy w hipotezę firewalli. Więc prawdopodobnie ona nie spłonie przez ten… Ona, mówię o Stefanii. Nie spłonie przez ten firewall, nie wiadomo, czy ten firewall jest. Bardzo możliwe, że go nie ma. Promieniowanie Hawkinga wokół czarnej dziury, nawet o masie gwiazdowej, tym bardziej o supermasywnej, jest niesłychanie słabe. Jest słabsze niż mikrofalowe promieniowanie tła, które otacza nas wszystkich cały czas, z niesporczakami włącznie, więc promieniowanie Hawkinga też nie miałoby znaczenia dla Stefanii. Jeden pomysł, co mogłoby sprawić przykrość Stefanii, to gdyby ona nie chciała jednak wpadać do tej dziury. Tylko gdyby ona chciała lewitować, ale bardzo blisko, tuż nad powierzchnią. Czyli musiałaby mieć jakiś silnik, coś, co by wypychało ją z czarnej dziury, kiedy czarna dziura ją przyciąga. No to wtedy te wszystkie fotony, tak jak my widzimy z daleka red shift, czyli słabsze fotony, to ona by widziała przesunięte ku błękitowi, czyli bardzo energetyczne. Rosłaby energia obserwowana fotonów przez Stefanię. Czyli ona by spłonęła, gdyby próbowała lewitować tuż nad horyzontem, ale przez te fotony, które są emitowane daleko od czarnej dziury.

K.G.:  Czyli nie wolno walczyć ze swoim losem.

M.W.:  Jak już wpadasz do tej czarnej dziury, to już zaakceptuj to.

K.G.:  Jeszcze ostatnie pytanie prosimy. Czy pani tylko jedno zdanie chciała komentarza? Ufam, że jedno.

Widzka 1: Protestuję przeciwko łączeniu słowa „matematyka” i słowa „prostackie”.

M.W.:  Bardzo dziękuję za ten komentarz. Jestem zobowiązany.

K.G.:  Ostatnie pytanie, bardzo prosimy.

Widz 5: To ja w takim razie zadam pytanie. Otóż usłyszałem coś, co nie zgadza się z moim modelem mentalnym zjawiska, o którym dzisiaj słucham. Mianowicie powiedział pan, że obserwujemy światło od czarnych dziur, że czarne dziury świecą. I czy to był po prostu skrót myślowy i zawsze myślimy o promieniowaniu z materii towarzyszącej czarnej dziury, czy jednak obserwujemy jakieś emisje pochodzące bezpośrednio?

M.W.:  Tak, to był skrót myślowy, być może niefortunny. Wszystkie te obserwacje, w szczególności obserwacje teleskopu horyzontu zdarzeń, to jest materia, która znajduje się nad horyzontem zdarzeń. Jest bardzo rozgrzana, dlatego że się próbuje wepchnąć do tego małego otworu i znajduje się na zewnątrz. Jedyny pomysł na promieniowanie, które wychodzi jakby spod czarnej dziury, to jest to promieniowanie Hawkinga, no ale ono nie jest istotne astrofizycznie, przynajmniej nie w aktualnej, bieżącej epoce kosmologicznej.

K.G.:  Tak? Pani profesor się zgadza.

A.J.:  Tak, jak najbardziej. Ja jeżeli popełniłam podobny błąd, to też prostuję: nie świecą czarne dziury, świeci materia.

K.G.:  Bardzo serdecznie państwu dziękujemy za… Zaraz oklaski, dajcie mi skończyć. Za tak liczne przybycie tutaj i chciałam jeszcze raz serdecznie podziękować całej ekipie, wspaniałej, wspaniałej ekipie Copernicus Festival za to, że zaprosiła Radio Naukowe tutaj właśnie na Copernicus Festival, żebyśmy mogli nasz 250 odcinek tutaj na żywo odbyć jako cały zespół RN. Bardzo, bardzo serdecznie dziękujemy. I bardzo dziękuję: pani profesor Agnieszka Janiuk, teraz oklaski.

A.J.:  Dziękuję.

K.G.:  Doktor Maciej Wielgus.

M.W.:  Dziękuję bardzo.

K.G.:  Stefania. Karolina Głowacka, dziękuję serdecznie.