Oppenheimer prawie odkrył czarne dziury, zanim został „niszczycielem światów”

Ogłoszenie

J. Robert Oppenheimer, obecnie bohater długo oczekiwanego filmu, który wchodzi do kin 21 lipca, jest dziś najbardziej znany ze swojego naukowego kierowania amerykańskim projektem Manhattan, intensywnym programem budowy pierwszej bomby atomowej w czasie II wojny światowej. Ale zaledwie kilka lat wcześniej Oppenheimer zaczął myśleć o bardzo różnych „bronach” masowego rażenia: czarnych dziurach – choć minęłyby dziesięciolecia, zanim ta nazwa się pojawiła.

„To było wpływowe; to było wizjonerskie”, mówi Feryal Özel, astrofizyk z Georgia Institute of Technology, o pracy Oppenheimera nad czarnymi dziurami i gwiazdami neutronowymi, supergęstymi zwłokami masywnych, wygasłych gwiazd. „To ma trwały wpływ”. Özel jest członkiem-założycielem organizacji Event Horizon Telescope Collaboration, która opublikowała pierwszy obraz czarnej dziury w 2019 r. – 80 lat po tym, jak Oppenheimer był współautorem artykułu, w którym teoretyzował, że takie obiekty mogą istnieć.

Özel nie jest jedynym dużym współczesnym fizykiem, który podziwia pracę Oppenheimera nad czarnymi dziurami. „Wstaje całkowicie; nie ma wad” — mówi Kip Thorne, emerytowany profesor fizyki w California Institute of Technology. Thorne zdobył w 2017 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za pracę z Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), które w 2015 roku wykryło fale grawitacyjne z dwóch zderzających się czarnych dziur. „To wykraczało daleko poza wszystko, co ktokolwiek inny kiedykolwiek zrobił” — mówi Thorne o „tour de force” pracy Oppenheimera badającej czarne dziury, która ma zaledwie pięć stron. „To niesamowite, co tam jest zawarte”.

Ogłoszenie

Krótka przygoda Oppenheimera z astrofizyką rozpoczęła się od artykułu z 1938 roku na temat gwiazd neutronowych, który kontynuował w numerze z 1939 roku, w którym dodatkowo uwzględniono założenia ogólnej teorii względności Einsteina. Następnie opublikował A trzecia rola w czarne dziury 1 września 1939 r. – ale wówczas było to ledwie zauważone, ponieważ tego samego dnia Niemcy napadły na Polskę, rozpoczynając II wojnę światową. Oppenheimer nigdy więcej nie pisał na ten temat.

Nawet jeśli nie została ona przyćmiona przez wojnę, prace Oppenheimera nad gwiazdami neutronowymi i czarnymi dziurami „nie były wówczas uważane za bardzo znaczące”, mówi Cathryn Carson, historyk nauki z University of California w Berkeley.

Każdy artykuł został napisany z innym członkiem roju doktorantów i doktorantów, które Oppenheimer starannie pielęgnował. Ci podopieczni ułatwili mu przełączanie się między tematami badawczymi – i ostatecznie, według Thorne’a i innych, stanowią jeden z jego najważniejszych wkładów w fizykę.

Ogłoszenie

Trzeci artykuł Oppenheimera dotyczący klimatu, napisany z jego uczniem Hartlandem Snyderem, bada implikacje ogólnej teorii względności dla najbardziej masywnych gwiazd we wszechświecie. Chociaż fizycy musieli uwzględnić pewne założenia, aby uprościć sprawę, ustalili, że wystarczająco duża gwiazda zapadnie się grawitacyjnie w nieskończoność – i w skończonym czasie, co oznacza, że ​​obiekty, które obecnie znamy jako czarne dziury, mogą istnieć.

„W końcu powinno powstać coś, co teraz nazwalibyśmy osobliwością u początku, punkt o nieskończonej gęstości, w którym w pewnym sensie sama czasoprzestrzeń się załamuje, i powinno stać się tym, co teraz nazwalibyśmy horyzontem zdarzeń” – mówi David Kaiser, fizyk i historyk nauki z Massachusetts Institute of Technology. „Wszystko jest w tym artykule – nie we współczesnym słownictwie, ale matematyka jest dziś dla nas absolutnie rozpoznawalna”.

W ciągu dziesięcioleci, które minęły od bomby z czarnymi dziurami Oppenheimera i Snydera, naukowcy potwierdzili, że te same zasady obowiązują nawet bez początkowych założeń upraszczających. Thorne mówi, że artykuł jest szczególnie imponujący, biorąc pod uwagę współczesne prace jeszcze bardziej znanego fizyka – tego, który jako pierwszy opracował ogólną teorię względności.

Ogłoszenie

“[Albert] Einstein opublikował niemal jednocześnie Papier w którym twierdził, że ty to nie może sprawić, że gwiazda lub dowolny obiekt zmniejszy się do tego, co obecnie nazywamy promieniem grawitacji lub rozmiarem czarnej dziury” – mówi Thorne. „Einstein bardzo się mylił”.

Ale pomimo zasług Oppenheimera i Snydera w pracy nad czarnymi dziurami, temat ten od dziesięcioleci niepokoił fizyków – a dziś jest prawdopodobnie najbardziej znany jako niepokojący przykład tego, jak genialne pomysły mogą zostać przeoczone, mówi Manuel Ortega-Rodríguez, fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Kostaryki.

„Wydało mi się bardzo, bardzo interesujące, fascynujące i przerażające, że taki pomysł może istnieć przez 25 lat i nikt nie zwróciłby na to uwagi” — mówi. „Oznacza to, że dzisiaj możemy mieć równie rewolucyjny pomysł, teraz, gdy społeczność go ignoruje”.