Dátum: 1999. november 16., 20:26
Feladó: Dávid Gyula --
Tárgy: Ismet a vilagvegerol (ezuttal az igazirol)
Ismet nehany szo a fekete lyukakrol es a vilagvegerol (ezuttal az igazirol)
***************************************************************************
Trupac Igor irta a vilagvegevel kapcsolatban:
> Egy kerdesem azert lenne, mint irtad a mini fekete-lyukak homerseklete
> oriasi, es ez pillanatok alatt "elparolog". Ha ez igy van akkor tonkre
> teheti az egesz berendezest, es ez jelentheti a nagy veszelyt, nem ???
Erre a kerdesre idokozben Piriti Janos mar valaszolt: a szoban forgo energia,
ami a mini fekete lyuk elparolgasakor felszabadul, nem tobb, mint amennyit
a reszecskegyorsito a lyukat szulo atommagra koncentralt - ez a mikrovilagban
oriasi, de a berendezes szempontjabol elhanyagolhato.
> Es erdekelne, vajon mi tortenik azokkal az oriasi fekete lyukakkal, mert
> a mai teoriak szerint ez idovel felfalna az egesz univerzumot. Erre mi a
> magyarazat ??
A multkor leirtak szerint a kis fekete lyuk nagyon meleg, ezert kisugarozza
az energiajat. A nagy viszont hideg (az effektiv homerseklet forditva
aranyos a tomeggel), ezert a formalis logika szerint minden energiat es
anyagot besziv a kornyezetebol, tovabb hutve magat, igy vegul bekapja az
egesz vilagot...
Ez az az eset, amikor a formalis logika nem segit. Beleestunk a csapdaba,
avagy atestunk a lo masik oldalara. Mig a mini fekete lyukak esetet a
termodinamika fogalmai segitsegevel sikerult leirni es elkepzelni, itt
epp a termodinamika megszokott fogalmai vezetnek felre.
Ha egy kozonseges test termikus kolcsonhatasba lep kornyezetevel, az ugy
kepzelheto el, hogy van egy hatarfelulet, ahol homersekletkulonbseg van a
ket test kozott, ezen at megindul a hoaramlas, a homersekletek kozti
kulonbseg egyre kisebb lesz, ezert gyengul a hoaram, es vegul - exponencialis
lassulas utan - a ket test megallapodik egy kozos homersekletu vegallapotban.
Ekozben hallgatolagosan feltetelezzuk, hogy a hoaramlas egyenletesen folyik
a testeknek a hatarfelulettol tavoli reszeben is, tehat a melegebb test
tavoli resze mintegy potolja azt a hoenergiat, ami a feluleten atfolyt a
hidegebb testbe. A hoaramlashoz persze ido kell, de a hoaram es az energia-
igeny lassu csokkenese miatt altalaban van eleg ido, es a hoatadas kozben
(egy kozvetlen feluleti retegtol eltekintve) altalaban ugy tekinthetjuk,
hogy mindket test minden pillanatban egyetlen, a testen belul egyforma,
am idoben lassan valtozo homerseklettel jellemezheto, belsoleg
strukturalatlan marad.
Ezt az egyszeru, koznapi tapasztalaton alapulo kepet azonban felrugja a
negativ fajhoju fekete lyuk furcsa termodinamikaja. Az energia elnyelese
noveli a lyuk tomeget, ezzel csokkenti a homersekletet, igy meg nagyobb
lesz a kulonbseg a lyuk es a kornyezet homerseklete kozott, a lyuk etvagya
egyre no, es a folyamat megszalad - azaz csak megszaladna... Vegyuk azonban
figyelembe azt is, hogy egy gravitalo fekete lyuk nem csak energiat, hanem
anyagot is sziv magaba a kornyezetbol. Azaz egy ido utan nem marad semmi
sem a kornyezeteben... Ez a gyakorlatban (a mai modellek szerint) ugy
tortenik, hogy a lyukba hullo anyagbol kialakul az ismert akkrecios korong,
majd egy ido utan az egesz eltunik a lyukban. Kozben azonban megszakad az
anyagutanpotlas: a behullo anyag osszetomorodik, felmelegszik, es eros
sugarzast bocsat ki (epp e sugarzas alapjan keresik a csillagaszok a
feketelyuk-jelolteket). A sugarnyomas pedig tisztara pucolja a lyuk kozvetlen
kornyezetet. A kozonseges termikus kontaktussal szemben most a lyukkal
kolcsonhato gazfelho, mint kornyezet, egyaltalan nem tekintheto homogennak:
termikus es surusegeloszlas-beli strukturaja alakul ki, raadasul ez a
szerkezet idoben fejlodik, valtozik. A lyuk kozvetlen kozeleben forro,
orvenylo gazfelho kepzodik, kisse tavolabb a sugarnyomas altal tisztara
pucolt tartomany kovetkezik, meg tavolabb pedig az eredeti gazfelhonek a
sugarzas altal felmelegitett, esetleg ionizalt belso resze, azon tul pedig
a nagyjabol eredeti allapotu felho.. Szo sincs tehat a szokasos lecsengo
kiegyenlitodesi folyamatrol, sot - ez a mechanizmus nagyon jo pelda a
fizikusok altal mostanaban sokat vizsgalt onszervezo morfogenetikai,
strukturakepzo folyamatokra.
Raadasul nem csak terbeli, hanem idobeli strukturalodas is tortenik.
Miutan a lyuk teljesen felzabalta a behullo gazbol kepzodott akkrecios
korongot, megszunik annak sugarzasa, egyben a sugarzasnak a tobbi gazt
tavol tarto szerepe is - a kornyezo gaz ismet elkezd bezuhanni a lyukba,
es az egesz folyamat kezdodik elolrol. Egyes szamitasok szerint elkepzelheto,
hogy periodikus jelenseg alakul ki: a lyuk meghatarozott idokozonkent atvalt
a gazt zabalo, rontgensugarzast kibocsato uzemmodrol a csendes, szunnyado,
csak gravitaciosan eszlelheto allapotba. Lehet, hogy a mi galaxisunk
kozepen levo fekete lyuk epp ilyen "alvo" allapotban van, mert minden
kornyezo gazfelhot befalt, a tavolabbiakat elfujta magatol, es most epp
arra var, hogy ujabb felhok csapodjanak bele. Akkor lesz majd ismet
haddelhadd...
Mi ebbol a tanulsag? Nem alkalmazhatok most a termodinamika torvenyei?
De igen, csak a negativ fajhoju, egyben mechanikai mozgast is indukalo
kolcsonhatas osszehasonlithatatlanul gazdagabb strukturat mutat, sokkal
izgalmasabb es valtozatosabb formakat es tortenetet produkal, mint az
egyszeru exponencialis kiegyenlitodesi folyamatok.
Hasonlo jelenseget felfedeztek mar a kemiaban is. Korabban azt hittuk,
hogy ket lotty osszeontesekor a reakcio megindul az egyik iranyba, az
anyagok szep monoton koncentraciovaltozas soran atalakulnak egymasba, mig
vegul - exponencialis lassulassal - beall a vegso kemiai egyensulyi allapot.
Ezt a dogmat szuntette meg az oszcillalo kemiai reakciok felfedezese:
bonyolult reakciolancok megfelelo osszekapcsolasaval elerheto (a gyakorlatban
ez persze ismet csak nehany jol megvalasztott lotty kemcsobe vagy Petri-
cseszebe onteset jelenti), hogy idoben oszcillalo, illetve terbeli struktu-
rakat letrehozo koncentracioeloszlas alakuljon ki. Megfelelo indikatorral
a folyamatok szemmel is kovethetokke valnak - megdobbento latvany, amikor
a laborasztalon magara hagyott kemcsoben allo folyadek percenkent atvalt
pirosbol kek szinuve, majd vissza (kemiai "oraszerkezet"), illetve az iras-
vetitore helyezett Petri-cseszeben lassan terjedo spiralis "kemiai hullamok"
alakulnak ki, terjednek tova, utkoznek egymassal stb.
A fizikusok es kemikusok sokat elemeztek e reakciokat, es megallapitottak,
hogy tulajdonkeppen nincs bennuk semmi meglepo. A folyamatok itt is az
entropia novekedese iranyaba haladnak - csakhogy mig az entropia monoton
no, egyes mas mennyisegek nem monoton viselkedest mutatnak: az egyik
(indikatorral kimutathato) ionfajta koncentracioja pl. periodikusan
valtozhat. Persze nem orokke - a periodikus folyamat addig tart, amig az
egyik, monoton fogyo reagens vegleg el nem tunik a rendszerbol. Tehat vegso
soron ez a folyamat is egyszeri, irreverzibilis, szo sincs arrol, hogy a
rendszer mindenben visszaterne korabbi allapotaba (mint egy idealizalt,
surlodasmentes mechanikai rezgo rendszer tenne). Csak epp a bonyolult resz-
folyamatok egyuttese bonyolult idobeli es terbeli strukturakhoz vezetett.
A fizikusok azert szeretik ezt a rendszert, es azert elemzik olyan
reszletesen (kiserletileg es matematikai modszerekkel is), mert peldat
mutat az un morfogenezisre: strukturak kialakulasara a korabban szervezetlen,
homogen anyagbol. E vizsgalatok segitsegevel remelik megkozeliteni az olyan
kerdeseket, mint pl. a strukturalatlan szedercsira embriova fejlodese,
amelynek soran a korabban egyforma sejtek elesen eltero jellegu szovetekke
fejlodnek - vagy csillagaszati peldaval elve: a galaxisok kialakulasa a
korabban strukturalatlan osi gazfelhobol.
A vizsgalatok arra is ramutattak, hogy itt nincs semmi csalas, es semmi uj
"morfogenetikai elv" vagy hasonlo metafizikai katyvasz - egyszeru termo-
dinamikai kiegyenlitodesi folyamat ez is, csak a korabbi, sokkal primitivebb
rendszereken (meleg tegla a hideg vizben) szerzett korlatozott tapasztala-
taink epitettek ki bennunk azt az eloiteletet, mely szerint a kiegyenlitodesi
folyamatok soran minden mennyiseg siman, monoton modon, egy iranyban valtozik.
Nincs ilyen torvenyszeruseg - egyedul az entropianak kell monoton nonie, a
tobbi mennyiseg pedig azt csinal, amit akar, pontosabban amit az adott
konkret rendszer konkret mozgastorvenyei megkovetelnek.
Eme altalanos termodinamikai kitero utan terjunk vissza a gazfelhoket
zabalo, periodikusan mukodo fekete lyukakhoz. A rendszer legjobb modellje
a gatloszerkezettel ellatott ingaora - ahol a ravaszul megepitett mechanikai
szerkezet meggatolja, hogy a felemelt suly Newton torvenyenek engedelmeskedve
nehany tized masodperc alatt a padlora hulljon, ehelyett tobb napos lassu
sullyedesre kenyszeriti, energiajanak egy reszet egyeb hasznos celra, pl.
kakukkolasra forditva. Ekozben megjelenik egy - a rendszerre jellemzo -
periodusido (az oranal pl. egy masodperc), amellyel bizonyos reszfolyamatok
ismetlodnek, mikozben a rendszer egesze tart a termodinamikailag kotelezo
vegallapot (suly a foldon, inga alaphelyzetben, mutatok allnak, kakukk
megdoglott) fele. A termodinamika vegul gyoz (hacsak ujbol fel nem huzzuk
az orat), de ekozben mennyi izgalmas dolog tortenik!
Vegyuk eszre, hogy a fenti visszacsatolasos, periodikus mechanizmus egy
eredetileg gyorsulo folyamatot (az orasuly lezuhanasat) alakitott at
sokkal hosszabb, lassu, egyenletes folyamatta. Az irany es a vegallapot
ugyanaz (eljen a termodinamika!), de a reszletek es az idotartam egeszen mas.
Ugyanez tortenik a fekete lyukkal is. Ahelyett, hogy egyre gyorsulva
felfalna kornyezetet, a fentebb vazolt mechanizmussal periodikusan valtozo
allapotba kerul (mikozben a hatterben azert zajlik az alapveto monoton
folyamat: a kornyezo gaz elnyelese), es igy a ropke, robbanasszeru elnyelesi
folyamatot hosszu, evtrilliokban kifejezheto folyamatta nyujtja.
(Kozbevetoleg egy masik hasonlat: valami ilyesmi tortenik a csillagokban is.
Az alapveto folyamat a gazfelho sajat gravitacioja kovetkezteben torteno
osszehuzodasa kicsiny kompakt objektumma, fekete torpeve, neutroncsillagga
vagy fekete lyukka. De mi mindent kitalal kozben az a gazfelho, hogy
lelassitsa ezt a folyamatot! Belso energiatermelese kovetkezteben fellepo
sugarnyomasa segitsegevel akar evmilliardokig is stacionarius allapotban
kepes tartani magat! Aztan persze elfogy az uzemanyag, es ismet a gravitacion
a sor. De a csillag meg tovabb probalkozik... A reszletekrol sokat meselhetnek
az asztofizikusok. Pontosabban eppen azert meselhetnek, mert e stacionarius
evmilliardok alatt volt idejuk kifejlodni, es kifejleszteni az asztrofizikat.
A csillagok es a fekete lyuk stacionarius allapota kozott az a kulonbseg,
hogy mig a csillag ezt - apro valtozasoktol eltekintve - tenylegesen allando
parameterekkel tudja produkalni, addig a lyuk periodikus, az ingaorahoz
hasonlo mechanizmussal.)
Node szaztrillio evnek is egy a vege - elobb-utobb gyoz a termodinamika,
es a fekete lyuk mindent felfal... Ez sem teljesen igaz! Most figyelembe
kell vennunk azt, hogy vizsgalt lyukunk nincs teljesen egyedul az Univer-
zumban, es osztoznia kell a taplalekon tarsaival. A csillagok kialvasa utan,
sok-sok nullaval kifejezheto eonok eltelte utan tehat az a (majdnem) veg-
allapot valoszinusitheto, hogy minden fekete lyuk befalta kornyezete osszes
anyagat, koztuk gyakorlatilag nincs semmi, csak nemi hattersugarzas es kosza
elemi reszecske... Egy-egy galaxis centrumaban levo lyuk a szamitasok szerint
10^30 - 10^50 ev alatt elnyeli galaxisa teljes anyagat (elobb az egitestek
keringese a gravitacios hullamok elenyeszoen gyenge, de folyamatos kisugarzasa
miatt lassan leall, es mindenki bespiralozik a centrumba.)
Ezutan - kaja fogytan - egyes velemenyek szerint a fekete lyukak atmennek
kannibalba, es egymast kezdik falni. Mivel messze vannak egymastol, ez meg
lassubb folyamat lesz.
Nezzunk egy kicsit tavolabb is: - mikozben e helyi jelentosegu csetepatek
zajlanak, a Vilagegyetem, mint egesz, tovabb folytatja a Nagy Bummal kezdodott
tagulasat. Ket forgatokonyv van: az egyik esetben az Univerzum atlagsurusege
meghaladja a kritikus erteket, es a gravitacio gyoz: a szetspriccelo
galaxisok egy ido utan megallnak, es a vilag visszaomlik a kezdeti
szingularis allapothoz hasonlo pontszeru vegallapotba - ez lesz a Nagy Zutty.
Mikorra varhato ez? Unokainkert meg nem kell aggodnunk, legalabb otven
milliard ev meg hatravan... Node a korabban leirt folyamatok sokkal
hosszabbak (lennenek) - egy voros torpe akar ezer milliard evig is
elpislakolna. Nincs mese: a cselekmeny epp csak elkezd kibontakozni, a
szereplok egy resze meg meg sem jelent a szinen, a galaxisfalo fekete
lyukak meg csak csikorgatjak fogukat - amikor vege az eloadasnak, mert
bezarjak a szinhazat, jon a Nagy Zutty, es maga az Ido is veget er...
Izgalmasabb a masik forgatokonyv: a suruseg kisebb a kritikusnal, a tagulas
orokke tart. Ekkor a fekete lyukak (a periodikus kozjatekok utan) eljatsz-
hatjak szerepuket, felfalvan mindent, ami az utjukba kerul. Igaz, hogy ez
tiz a sokadikon evig tart, de egy orokke tagulo vilagban mindenre van ido.
Es ekkor jon a slusszpoen, amely veget vet a gonosz fekete lyukak sotet
armanykodasanak. A tagulo Univerzumban egyre hul a hattersugarzas
homerseklete. Mikozben a fekete lyukak dagadtra zabaltak magukat, tomeguk
nott, homersekletuk pedig ezzel forditottan aranyosan csokkent (egy egesz
galaxist befalt lyuk effektiv homerseklete kb 10^-20 K lehet) - de elobb-
utobb abba kell hagyniuk a hizokurat, hiszen mar nincs korulottuk felfalni
valo anyag. Homersekletuk tehat nem csokken tovabb, mig a hattersugarzase
igen. Lassan, de biztosan (hiszen mindenre van ido!) az Univerzum homer-
seklete lecsokken a fekete lyukak effektiv homerseklete ala. Es akkor
ugyanaz tortenik a hatalmas, eonok soran oriasira nott fekete lyukakkal,
mint ami mostanaban tortenhet azzal a kis szerencsetlen, reszecskegyorsitoban
szuletendo mini fekete lyukkal: melegebbek leven kornyezetuknek, Hawking-
sugarzassal kibocsatjak energiajukat, es veges ido alatt semmive valnak...
Ez a veges ido a multkor leirt kepletek szerint aranyos a lyuk kezdeti
tomegenek a kobevel, ezert Nap-tomegu lyukakra kb 10^60, galaxisnyi
lyukakra akar 10^100 ev is lehet (osszehasonlitasul: az Univerzum jelenleg
csak 10^10 eves), de sebaj, ido az lesz boven...
Itt a vege a mesenek. A fekete lyuk - akar kicsi, akar nagy - a tobbiekhez
hasonloan csak epizodszereplo a vegtelensegig tagulo Vilagegyetem hosszu
torteneteben. Egy ideig tundokol, rontgenfeny-reklammal hirdeti magat, majd
Hawking-sugarzas derengese ovezi, de aztan egy ido utan koveti a tobbi
epizodszereplot: az atomokat, csillagokat, bolygokat es galaxisokat (meg a
fizikusokat es amatorcsillagaszokat, bar remelem, hogy ok tovabb huzzak egy
nyamvadt galaxisnal...). Es hogy ki lesz a tortenet meg kesobbi felvonasainak
foszereploje, az meg a (tavoli) jovo titka (bar van nehany tippem...).
Mint a multkor is irtam: sok van (volt, lesz), mi csodalatos, de csak
egyetlen Ur van a vilagban, aki kormanyoz foldet es eget, iranyit atomokat
es csillagokat, kemiai reakciokat, kakukkos orakat es fekete lyukakat: ama
nevezetes Masodik Fotetel. Emlegettessek sokat az O neve, es ertessek meg
minel reszletesebben es melyebben az O mukodese...
dgy