Kuuluisin elävä fyysikko on ehdottanut uutta tapaa ratkaista yksi modernin fysiikan hämmentävimmistä arvoituksista: Voiko musta aukko poistaa tietoa maailmankaikkeudesta? Stephen Hawkingin ja hänen yhteistyökumppaneidensa mukaan vastaus voi olla kieltävä - jos annat mustille reikille rehevän hiuspäät.
Asiaan liittyvä sisältö
- Escape from the Black Hole's Abyss!
- Voisiko astronautit selviytyä tähtienvälisestä matosta madonreiän läpi?
"Se, onko tämä lopullinen vastaus, on meille täysin epäselvää", sanoo Cambrian yliopiston teoreettinen fyysikko Malcolm Perry. "Sanomme, että se on askel matkalla."
Mustan aukon perusteellisin kuvaus toteaa, että mikä menee sisään, ei tule koskaan esiin. Perustuen Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan, joka kuvaa kuinka painovoima vaikuttaa kosmokseen, musta reikä on niin massiivinen, että kaikki sen reunan tai tapahtumahorisontin ylittävät esineet vedetään ja kadotetaan ikuisesti, jopa valo.
Sitten 1970-luvulla Hawking huomasi, että mustat aukot itsestään voivat kadota. Kvanttimekaniikan ennusteiden ansiosta fyysikot ajattelevat, että avaruus ei ole tyhjiö, vaan se on täynnä ns. Virtuaalisia hiukkasia, jotka räpäyttävät olemassaolon ja poistuvat siitä. Nämä hiukkaset esiintyvät pareittain, jotka on tuomittu tuhoamaan heti, kun ne ovat kosketuksissa toisiinsa. Mutta jos pari ilmestyy mustan aukon tapahtumahorisontin kummallekin puolelle, toinen nielaisee ja toinen säteilee avaruuteen.
Karkaava säteily varastaa energiaa mustasta reiästä poistuessaan niin, että musta aukko menettää massan ajan myötä. Se lopulta haihtuu olemassaolosta. Hawkingin laskelmien mukaan viipyvä säteily - ainoa katovan mustan aukon jälki - ei sisällä hyödyllistä tietoa siitä, kuinka musta reikä muodostui ja mitä se söi.
Se on ongelma fyysikoille, jotka toivovat yhdistävän suhteellisuusteorian kvanttimekaniikkaan, mikä useimpien asiantuntijoiden mukaan kieltää tiedon menetyksen. Raastuta tietosanakirja, polta se tai kadota se mustan aukon hämmästyttävän voimakkaaseen painoon, ja sen jäännöksissä on aina oltava vihjeitä, jotka teoriassa mahdollistavat nauhan kelaamisen ja sen alkuperäisen sisällön tuntemisen.
Haettaessa tätä palautettavuutta, Hawking tarkisti alkuperäisiä laskelmiaan. Tuolloin, kun hän ehdotti mustan aukon säteilyä, matemaattiset lauseet olivat maalanneet mustia reikiä melko piirteettömiksi kokonaisuuksiksi ulkopuolelta katsottuna. Ainoa mitattava tekijä oli mustan aukon kokonaismassa ja varaus sekä kuinka nopeasti se pyörii.
Uusi teos, joka julkaistiin verkossa tällä viikolla arxiv.org-sivulle, antaa kosmiselle hirviölle lisäominaisuuksia, joita kutsutaan nimellä “karvat”. Tässä tapauksessa pienet muutokset tyhjiössä aivan tapahtumahorisontin ulkopuolella.
"Osoitamme, että jos heität jotain mustaan reikään oikealla tavalla, voit implantoida hiuksia", sanoo teoreettinen fyysikko Andrew Strominger Harvardin yliopistosta. Hän ja hänen kollegansa kuvaavat tätä varautuneilla hiukkasilla.
Kuten energia, myöskään sähkövarausta ei voida luoda eikä tuhota. Koska varausta on säilytettävä maailmankaikkeudessa, Hawking ja hänen tekijänsä ehdottavat, että tapahtumahorisontin ylittävät varautuneet hiukkaset voisivat jättää jälkiä itsestään avaruudessa outojen valopartikkeleiden muodossa, joita kutsutaan pehmeiksi fotoneiksi, joilla ei ole energiaa. Nämä omituiset fotonit muuttavat avaruusajan tyhjiötä ja sallivat sen säilyttää tiedot alkuperäisistä hiukkasista.
Hawking ja hänen kollegansa ehdottavat, että muutettu tyhjiö voisi tallentaa tietoa mustan aukon pinnalla olevista kolmiulotteisista esineistä samalla tavalla kuin hologrammi toimii tasaisen kuvan 3D-esityksenä.
"Se, antaako yleisen suhteellisuustekniikan matematiikka sen sallia, on melko hieno", sanoo Teoreettisen fysiikan kehän instituutin teoreettinen fyysikko Lee Smolin. Sen sijaan Smolin suosii kvanttiselityksiä mustista reikistä, jotka perustuvat niiden keskipisteisiin reunojen sijasta, ja lisää, että hän etsii muita asiantuntijoita tarkistamaan matematiikan uuden paperin.
Kukaan ei ole vielä ilmoittanut virheestä laskelmissa, mutta on alkanut huolestua siitä, että teoria on parhaimmillaan epätäydellinen. Sabine Hossenfelder Pohjoismaisesta teoreettisesta fysikaalisesta instituutista kysyy, kuinka paljon tietoa ehdotetut pehmeät hiukset voisivat koodata. Hän huomauttaa myös, että lehdessä ei selitetä, kuinka karvat, jotka katoavat mustan aukon kanssa sen haihduttua, siirtäisivät heidän tietonsa jäljelle jäävään säteilyyn.
"En ole lainkaan vakuuttunut siitä, että Hawkingin, Perryn ja Stromingerin ehdottama uusi idea ratkaisee tiedon menetyksen ongelman", hän kirjoittaa blogissa Backreaction. ”Mutta se näyttää mielenkiintoiselta kadulta, jota kannattaa tutkia edelleen. Ja olen varma, että näemme lisätutkimuksia. "
