Χωροχρόνος ή αλλιώς χωροχρονικό συνεχές είναι το μαθηματικό μοντέλο που ενώνει τον χώρο και τον χρόνο σε μία συνέχεια.
Ο χωροχρόνος συνήθως ερμηνεύεται ως συνδυασμός του ευκλείδειου χώρου των τριών διαστάσεων -όπως τις γνωρίζουμε και τις αντιλαμβανόμαστε- με τον χρόνο ως μια επιπρόσθετη διάσταση, οπότε προκύπτει ένα πολύπτυχο μόρφωμα τεσσάρων διαστάσεων.

Μία από τις συνέπειες της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν ήταν κάποιες λύσεις των εξισώσεων, στις οποίες ο χωροχρόνος φαίνεται να καμπυλώνεται τόσο πολύ, που ακόμα και το ίδιο το φως παγιδεύεται και δεν μπορεί να ξεφύγει. Αυτές οι λύσεις είναι αυτό που αργότερα ονομάστηκε μαύρες τρύπες, και η μελέτη τους είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα πεδία της κοσμολογίας. Της επιστήμης δηλαδή που εξετάζει το πώς και γιατί γεννήθηκε το σύμπαν (ή οποιοσδήποτε σχηματισμός το περικλείει), τι υπήρχε ενδεχομένως πριν από αυτό, και την εξέλιξη του μέχρι την κατάληξη του και αν θα υπάρχει τέτοια.

Οι μαύρες τρύπες, πιστεύεται ότι σχηματίζονται όταν πεθαίνουν τα αστέρια και η μάζα τους καταρρέει προς το εσωτερικό, δημιουργώντας ισχυρά βαρυτικά πεδία.
Κανείς φυσικά δεν έχει "δει" μια μαύρη τρύπα, αλλά έχουμε παρατηρήσει ενδείξεις βαρύτητας οι οποίες συνάδουν με τις επιστημονικές προβλέψεις, έτσι η ύπαρξή τους μπορεί τελικά να θεωρηθεί βέβαιη.

Τι συμβαίνει όμως μέσα σε μια μαύρη τρύπα;

Σύμφωνα λοιπόν με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, η ίδια η δομή του χωροχρονικού συνεχούς μπορεί να καμπυλωθεί απεριόριστα πολύ.
Ένα τέτοιο σημείο του χωροχρόνου με αυτήν την άπειρη καμπυλότητα, ονομάζεται χωροχρονική ιδιομορφία. Αν ακολουθήσουμε το χωροχρόνο προς τα πίσω ως τη Μεγάλη Έκρηξη, θα καταλήξουμε σε μια χωροχρονική ιδιομορφία.

Τέτοιες ιδιομορφίες υπάρχουν και στο εσωτερικό των μαύρων τρυπών.
Επειδή η γενική σχετικότητα λέει ότι η καμπυλότητα του χωροχρόνου ισοδυναμεί με την δύναμη της βαρύτητας, η ιδιομορφία μιας μαύρης τρύπας συνεπάγεται άπειρη βαρύτητα. Άρα οποιαδήποτε μάζα που εισέρχεται σε μια μαύρη τρύπα, δε μπορεί παρά να διαλυθεί ολοσχερώς κάτω απο την επίδραση αυτής της άπειρης βαρύτητας.

Ορίζοντας γεγονότων

Η άκρη μιας μαύρης τρύπας ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων, και είναι στην ουσία ένα σύνορο που ακόμη και το φως το ίδιο, δεν μπορεί να δραπετεύσει.
Αν προσπαθούσαμε να πλησιάσουμε το σύνορο αυτό, θα βιώναμε σχετικιστικά φαινόμενα, όπως τη διαστολή του χρόνου.
Για έναν εξωτερικό παρατηρητή, θα φαίνεται σαν να επιβραδύνεται ο χρόνος για εμάς. Αυτό που θα έβλεπε, θα ήταν εμάς να κινούμαστε όλο και πιο αργά, σαν να έχουμε μπει σε αργή κίνηση σε ένα video, εως ότου θα σταματούσαμε τελείως να κινούμαστε. Σαν να είμαστε στην «παύση» του video.
Εμείς, από την άλλη, δε θα παρατηρήσουμε τίποτα - μέχρι φυσικά να μας διαλύσει το άπειρο βαρυτικό πεδίο(!)

Το πρόβλημα της πληροφορίας

Το μεγάλο πρόβλημα με τις μαύρες τρύπες αφορά τις πληροφορίες που εισέρχονται σε αυτές.

Στο Σύμπαν όπως το αντιλαμβανόμαστε, υπάρχουν ορισμένες ιδιότητες της ύλης και της ενέργειας που περιέχουν πληροφορίες. Ένα σωματίδιο όπως ας πούμε το ηλεκτρόνιο δεν χαρακτηρίζεται μόνο απο τη μάζα του, αλλά και απο το ηλεκτρικό φορτίο του, το σπιν του, αλλά και άλλες κβαντικές ιδιότητες, όπως τον αριθμό των βαρυονίων, το χρωματικό του φορτίο κ.λπ. Όταν σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα, περιμένει κανείς οτι όλα τα πρωτόνια, τα ηλεκτρόνια, τα νετρόνια, τα φωτόνια, τα νετρίνα, τα αντινετρίνα, τα ποζιτρόνια θα κουβαλήσουν τις πληροφορίες που τα χαρακτηρίζουν μέσα στη μαύρη τρύπα.

Αλλά οι μαύρες τρύπες δεν έχουν καμία «ανάμνηση» από αυτό. Στην πραγματικότητα, στο βαθμό που μπορούμε να πούμε, οι μαύρες τρύπες περιγράφονται πλήρως από μόνο τρεις ιδιότητες: τη μάζα τους, το ηλεκτρικό φορτίο τους, και τη στροφορμή τους. Που πάνε λοιπόν όλες αυτές οι πληροφορίες;

Το γεγονός οτι οι μαύρες τρύπες φαίνονται να εξαφανίζουν ορισμένα ποσά πληροφορίας, οδηγεί σε ένα μεγάλο πρόβλημα. Έρχόμαστε σε αντίθεση με τη βασική αρχή της κβαντικής φυσικής, που λέει ότι η πληροφορία δεν καταστρέφεται, ούτε χάνεται. Ότι το συνολικό ποσό πληροφορίας δηλαδή στο Σύμπαν παραμένει σταθερό.
Όπως εύκολα καταλαβαίνει κανείς, αυτό με τη σειρά του, σημαίνει οτι κάπου έχουμε κάνει κάτι λάθος. Το οικοδόμημα της φυσικής φαίνεται να τρίζει συθέμελα για άλλη μια φορά.

Απο το αδιέξοδο προσπαθεί να μας βγάλει ο μεγάλος Βρετανός θεωρητικός φυσικός Stephen Hawking, δίνοντας μας ελπίδα οτι μπορεί και να υπάρχει τελικά έξοδος απο μια μαύρη τρύπα.
O Hawking προτείνει, οτι οι μαύρες τρύπες ίσως και να μην είναι οι αιώνιες φυλακές που πιστεύουμε και οτι ίσως μπορούμε να βγούμε απο αυτές και να καταλήξουμε σε ένα άλλο σύμπαν.
Σύμφωνα με τον καθηγητή λοιπόν, η πληροφορίες αποθηκεύονται σαν δυσδιάστατα ολογράμματα πάνω στο σύνορο της μαύρης τρύπας, που είδαμε πριν οτι ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων και έτσι με τη θεωρία αυτή, επιλύει φαινομενικά τουλάχιστον την αντίφαση ανάμεσα στην πίστη του Αϊνστάιν ότι οι πληροφορίες που εισάγονται στις μαύρες τρύπες καταστρέφονται και στους κανόνες της κβαντομηχανικής , που διατείνονται ότι οι εν λόγω πληροφορίες είναι αιώνιες και έτσι δεν μπορούν να καταστραφούν. Φυσικά υπάρχει ακόμα πολύς δρόμος για να αποδειχθεί πειραματικά η εικασία του Hawking, αλλά αν μη τι άλλο, είναι μια θεωρία η οποία φαίνεται πολλά υποσχόμενη.

Στην εικόνα του άρθρου βλέπουμε τον Κύκνο Χ-1, ο οποίος είναι ένα διπλό σύστημα ακτίνων Χ.
Αναλυτικότερα έχουμε ένα πολύ συμπαγές αντικείμενο και ένα αστέρι, τα οποία περιστρέφονται γύρω απο το κοινό κέντρο μάζας τους. Κατά την περιστροφή φεύγει υλικό απο το αστέρι και καταλήγει στο συμπαγές αντικείμενο. Καθώς θερμαινεται το υλικό, φτάνει τέτοιες θερμοκρασίες ώστε ακτινοβολεί ακτίνες Χ, τις οποίες και παρατηρούμε.

Ο Κύκνος Χ-1 είναι η πρώτη καταγεγραμμένη μαύρη τρύπα και ανακαλύφθηκε το 1964.
Το σύστημα βρίσκεται σε απόσταση περίπου 6.070 έτη φωτός απο τη Γή.

Ηλίας Σεκέρης