Tapahtumahorisontti

Tapahtumahorisontti-käsite perustui alun perin valon pakonopeuteen, joka tarkoittaa sitä, että juuri tapahtumahorisontista lähtevä valo voi paeta ja horisontin sisältä lähtevä valo voisi ylittää sen tilapäisesti mutta palaisi takaisin. Myöhemmin yleisessä suhteellisuusteoriassa otettiin käyttöön tiukempi tulkinta pintana, jonka rajaamasta alueesta mikään informaatio ei voi edetä ulkopuoliseen avaruuteen.^[1] Tämä tiukka tulkinta on aiheuttanut informaatio- ja palomuuriparadoksit.

Tapahtumahorisontti liittyy yleisimmin mustien aukkojen voimakkaan gravitaatiokentän kuvailuun, mutta se voi periaatteessa kehittyä myös tasaiseen aika-avaruuteen, jos ontto pallomainen massa tiivistyy tyhjässä avaruudessa.^[2] Robert Geroch on laskenut, että jos Linnunrata tiivistyisi tasaisesti keskustaansa kohden, sen ulkoreunalle syntyisi tapahtumahorisontti galaksin jatkaessa olemassaoloaan normaalisti.^[3] Tapahtumahorisontin sisällä vallitsisi tällöin tasainen aika-avaruus, jossa valo kulkisi normaalisti kaikkiin suuntiin.

Teoreettisessa tyhjässä staatisessa aika-avaruudessa laskennallinen tapahtumahorisontti on Schwarzschildin säteen etäisyydellä gravitoivan pistemäisen massan, kuten mustan aukon, keskipisteestä. Schwarzschildin säteen etäisyydellä pakonopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus. Esimerkiksi Auringolle tämä on noin kolme kilometriä. Auringon massa pitäisi tunkea tämän rajan sisäpuolelle, jotta Auringosta tulisi musta aukko. Todellisessa dynaamisessa universumissa tapahtumahorisontin teleologisen luonteen vuoksi sen nykyisen sijainnin määrittämiseksi pitäisi tietää maailmankaikkeuden tulevaisuus kokonaisuudessaan hamaan ikuisuuteen, mikä on käytännössä mahdotonta.

Ulkopuolisen tarkkailijan näkökulmasta tapahtumahorisonttia lähestyvä fyysinen kappale näyttää hidastuvan, muuttuvan yhä punaisemmaksi ja pysähtyvän paikalleen horisonttitasoon. Putoavasta esineestä lähtevän valon aallonpituus pitenee esineen lähetessä tapahtumahorisonttia. Tapahtumahorisontin teoreettisen luonteen vuoksi putoava kohde ei välttämättä havaitsisi laskennallisen tapahtumahorisontin läpäisyä mitenkään.

Uudemmissa, muun muassa Penrosen ja Hawkingin, tutkimuksissa on käytetty tapahtumahorisontin sijasta näennäishorisonttia. Näennäishorisontti sijaitsee mustan aukon tapahtumahorisontin sisällä, ja sen rajaamassa alueessa valo ei voi edetä lainkaan ulospäin. Siksi alue olisi putoajan havaittavissa oleva musta alue, ja sen sijainnin määrittäminen olisi mahdollista paikallisemmin ilman äärettömyyksiin ulottuvaa havainnointia. Toisin kuin tapahtumahorisontti, näennäishorisontti indikoi aina mustan aukon olemassoloa. Teoreettisessa tyhjässä staatisessa aika-avaruudessa näennäishorisontti voi ulottua tapahtumahorisonttiin saakka, mutta käytännössä mustan aukon ulkopuolella lähietäisyydellä oleva massa voi aiheuttaa tapahtumahorisontin laajenemisen ulommas näennäishorisontista. Termiä tapahtumahorisontti käytetään usein yksinkertaistavasti erilaiset mustan aukon rajapinnat kattavana yleisnimikkeenä. Pamfletissaan ”Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes” Hawking ehdottaakin tapahtumahorisontin käytöstä luopumista ja näennäishorisontin käyttöä informaatio- ja palomuuriparadokseista pääsemiseksi.

On syytä huomata myös, että mustan aukon tapahtumahorisontti perinteisesti määritellään viitaten massallisiin hiukkasiin ja valoon mutta se ei estä sisältämänsä massan gravitaatiovaikutusta ulkopuoliseen maailmaan. Mikäli massa mustan aukon sisällä joutuu kiihtyvään liikkeeseen se aiheuttaa gravitaatioaaltoja kuten massa normaalistikin, tältä osin mustan aukon sisäiset tapahtumat vaikuttavat ulkopuoliseen maailmaan tapahtumahorisontin estämättä.

Katso myös

• Painovoima
• Suhteellisuusteoria
• Musta aukko
• Singulariteetti
• Schwarzschildin säde

Lähteet

1. Nimitys: tapahtumahorisontti. Tieteen termipankki. Viitattu 28.7.2015.
2. Nielsen, Alex B.: Black holes and black hole thermodynamics withoutevent horizons arXiv.org. 23.9.2008. Viitattu 22.3.2019. (englanniksi)
3. Eric Curiel: What Is a Black Hole arXiv.org. 4.9.2018. Viitattu 22.3.2019. (englanniksi)