A leghíresebb élő fizikus új módszert javasolt a modern fizika egyik legmegdöbbentőbb rejtvényének megoldására: Tisztíthat-e egy fekete lyuk információkat az univerzumból? Stephen Hawking és munkatársai szerint a válasz nem lehet - ha fekete lyukakkal buja hajfejet adsz.
kapcsolodo tartalom
- Menekülés a fekete lyuk mélységéből!
- Vajon az űrhajósok túlélnek-e egy csillagközi utat egy féreglyukon keresztül?
"Teljesen nem egyértelmű, hogy ez a végső válasz vagy sem - mondja Malcolm Perry, a Cambridge-i Egyetem elméleti fizikusának társszerzője. "Azt mondjuk, hogy ez egy lépés az úton."
A fekete lyuk legalapvetőbb leírása kimondja, hogy ami bejut, soha nem jön ki. Einstein általános relativitáselmélete alapján, amely leírja, hogy a gravitáció hogyan befolyásolja a kozmoszt, egy fekete lyuk annyira hatalmas, hogy bármi, ami áthalad a szélén vagy az eseményhorizonton, behúzódik és örökre elveszik, még a fény is.
Aztán az 1970-es években Hawking rájött, hogy a fekete lyukak eltűnhetnek. A kvantummechanika előrejelzéseinek köszönhetően a fizikusok azt gondolják, hogy a tér nem vákuum, hanem tele van úgynevezett virtuális részecskékkel, amelyek a létezésből kilépnek és kijönnek. Ezek a részecskék olyan párban jelennek meg, amelyek pusztulásra vannak ítélve, mihelyt érintkezésbe kerülnek. De ha egy pár jelenik meg a fekete lyuk eseményhorizontjának mindkét oldalán, az egyik lenyelhető, a másik pedig az űrbe sugárzik.
A szivárgó sugárzás eltulajdonítja az energiát a fekete lyukból, amikor távozik, így a fekete lyuk idővel elveszíti a tömegét. Végül elpárolog a létezésből. Hawking számításai szerint a megmaradó sugárzás - az eltűnt fekete lyuk egyetlen nyoma - nem tartalmaz hasznos információt arról, hogy a fekete lyuk hogyan alakult ki és mit evett.
Ez a probléma azon fizikusok számára, akik a relativitáselméletet a kvantummechanikával egyesítik, és amely a legtöbb szakértő szerint tiltja az információvesztést. Egy enciklopédiát megrontja, elégetheti vagy elveszítheti egy fekete lyuk megdöbbentően erős gravitációjához; ennek maradványainak mindig tartalmazniuk kell olyan nyomokat, amelyek elméletileg lehetővé teszik a szalag visszatekerését és annak eredeti tartalmának megismerését.
E visszafordíthatóság keresése érdekében Hawking áttekintette eredeti számításait. Abban az időben, amikor a fekete lyuk sugárzását javasolta, a matematikai tételek kívülről nézve meglehetősen jellegtelen elemekként festették a fekete lyukakat. A fekete lyuk teljes tömegét és töltését, valamint azt a sebességet, amellyel meg lehet mérni, csak meg lehet mérni.
Az új munka, amelyet ezen a héten online közzétettek az arxiv.org weboldalon a nyomtatás előtti webhelyen, a kozmikus szörnynek további megkülönböztető képességeket ad meg, amelyeket „szőrszálaknak” nevezünk, ebben az esetben a vákuumban bekövetkező perc változásoknak csak az eseményhorizonton kívül.
"Megmutatjuk, hogy ha megfelelő módon dob be valamit egy fekete lyukba, implantálhatja a hajat" - mondja Andrew Strominger, a Harvardi Egyetem elméleti fizikusa. Ő és kollégái ezt töltött részecskékkel illusztrálják.
Az energiahoz hasonlóan az elektromos töltést sem nem lehet létrehozni, sem pusztítani. Mivel a töltést meg kell őrizni az univerzumban, Hawking és társszerzői azt sugallják, hogy az eseményhorizonton áthaladó töltött részecskék nyomokat hagyhatnak magukból az űrben, furcsa fényrészecskék formájában, úgynevezett lágy fotonok formájában, amelyeknek nincs energiája. Ezek a bizarr fotonok megváltoztatják a téridő vákuumát, és lehetővé teszik az eredeti részecskékkel kapcsolatos információk megőrzését.
Hawking és munkatársai azt javasolják, hogy a megváltozott vákuum tároljon információkat a fekete lyuk felületén lévõ háromdimenziós tárgyakról, ugyanúgy, mint a hologram a lapos kép 3D-s ábrázolásaként funkcionál.
"Az, hogy az általános relativitáselmélet matematikája ezt lehetővé teszi - meglehetősen finom" - mondja Lee Smolin, a Periméter Elméleti Fizikai Intézet elméleti fizikusa. Smolin ehelyett inkább a fekete lyukak kvantumainak magyarázatát részesíti előnyben, a középpontjuk alapján, nem pedig az éleikkel, hozzátéve, hogy más szakértõket is felkér, hogy ellenõrizze az új papír matematikáját.
Még senki nem jelentett egy hibát a számításokban, ám az aggodalmak kezdtek felbukkanni, hogy az elmélet a legjobb esetben hiányos. Sabine Hossenfelder a Skandináv Elméleti Fizikai Intézetből megkérdőjelezi, hogy mennyi információt kódolhat a javasolt lágy haj. Arra is rámutat, hogy a cikk nem magyarázza meg, hogy a szőrszálak, amelyek eltűnnek a fekete lyukkal, ha elpárolognak, továbbítják információjukat a megmaradó sugárzáshoz.
"Egyáltalán nem vagyok meggyőződve arról, hogy a Hawking, Perry és Strominger által javasolt új ötlet megoldja az információvesztés problémáját" - írja a Backreaction blogban. „De érdekes útnak tűnik, amelyet érdemes tovább vizsgálni. És biztos vagyok benne, hogy további felfedezéseket fogunk látni. ”
