Den mest berømte levende fysiker har foreslået en ny måde at løse et af de mest forvirrende gåder i moderne fysik: Kan et sort hul slette information fra universet? Ifølge Stephen Hawking og hans samarbejdspartnere er svaret måske nej - hvis du giver sorte huller et frodigt hårhår.
Relateret indhold
- Flugt fra det sorte hul afgrund!
- Ville astronauter overleve en interstellar tur gennem et ormhul?
"Om dette er det endelige svar eller ej, er os helt uklare, " siger medforfatter Malcolm Perry, en teoretisk fysiker ved University of Cambridge. ”Vi siger, at det er et skridt på vej.”
Den mest basale beskrivelse af et sort hul hedder, at det, der går ind, aldrig kommer ud. Baseret på Einsteins generelle relativitetsteori, der beskriver hvordan tyngdekraften påvirker kosmos, er et sort hul så massivt, at alt, der krydser dets kant eller begivenhedshorisont, trækkes ind og mistes for evigt, selv lys.
Derefter i 1970'erne opdagede Hawking, at sorte huller i sig selv kan forsvinde. Takket være kvantemekanikens forudsigelser mener fysikere, at rummet ikke er et vakuum, men er fyldt med såkaldte virtuelle partikler, der blinker ind og ud af eksistensen. Disse partikler vises i par, der er dømt til at udslette, så snart de kommer i kontakt med hinanden. Men hvis et par vises på hver side af et sort huls begivenhedshorisont, bliver det ene slugt, og det andet stråler væk i rummet.
Den udstrømmende stråling stjæler energi fra det sorte hul, når det afgår, så det sorte hul mister masse over tid. Det fordamper til sidst ud af eksistensen. Ifølge Hawkings beregninger indeholder den dvælende stråling - det eneste spor af et forsvundet sort hul - ingen nyttige oplysninger om, hvordan det sorte hul dannede sig, og hvad det spiste.
Det er et problem for fysikere i håb om at forene relativitet med kvantemekanik, hvilket de fleste eksperter siger forbyder tab af information. Strimle et encyklopædi, brænde det eller miste det til det forbløffende stærke tyngdekraft i et sort hul, og dets rester skal altid indeholde ledetråde, der i teorien tillader, at båndet spoles tilbage og dets oprindelige indhold kendes.
På jagt efter denne reversibilitet gentog Hawking sine oprindelige beregninger. På det tidspunkt, han foreslog stråling af sort hul, havde matematiske teorier malet sorte huller som temmelig uovertrufne enheder, når de blev set udefra. Alt, hvad der kunne måles, var et sort huls samlede masse og ladning samt hvor hurtigt det snurrede.
Det nye værk, der blev offentliggjort online denne uge på det fortrykte websted arxiv.org, giver det kosmiske monster yderligere kendetegn, der er kendt som “hår”, i dette tilfælde, små ændringer i vakuumet lige uden for begivenhedshorisonten.
”Vi viser, at hvis du kaster noget på et sort hul, det på den rigtige måde, kan du implantere hår, ” siger teoretisk fysiker Andrew Strominger fra Harvard University. Han og hans kolleger illustrerer dette med ladede partikler.
Ligesom energi kan elektrisk ladning hverken oprettes eller ødelægges. Fordi ladning skal bevares i universet, antyder Hawking og hans medforfattere, at ladede partikler, der krydser begivenhedshorisonten, kunne efterlade spor af sig selv i rummet i form af mærkelige lyspartikler, kaldet bløde fotoner, som ikke har energi. Disse bisarre fotoner ændrer rumtidsvakuumet og tillader det at bevare information om de originale partikler.
Hawking og hans kolleger foreslår, at det ændrede vakuum muligvis gemmer information om tredimensionelle genstande på det sorte huls overflade, på samme måde som et hologram fungerer som en 3D-repræsentation af et fladt billede.
”Hvorvidt matematikken for den generelle relativitet tillader det er ret subtil, ” siger Lee Smolin, en teoretisk fysiker ved Perimeter Institute for Theoretical Physics. Smolin favoriserer i stedet kvanteforklaringer af sorte huller baseret på deres centre i stedet for deres kanter, og tilføjer, at han vil være på udkig efter andre eksperter for at tjekke matematikken på det nye papir.
Ingen har endnu rapporteret en fejl i beregningerne, men bekymringer er begyndt at dukke op for, at teorien i bedste fald er ufuldstændig. Sabine Hossenfelder fra Nordisk Institut for Teoretisk Fysik stiller spørgsmålstegn ved, hvor meget information det foreslåede bløde hår kunne kode for. Hun påpeger også, at papiret ikke forklarer, hvordan hårene, der ville forsvinde med det sorte hul, når det fordampede, ville overføre deres information til den resterende stråling.
”Jeg er slet ikke overbevist om, at den nye idé foreslået af Hawking, Perry og Strominger løser problemet med tab af information, ” skriver hun på bloggen Backreaction. ”Men det ser ud til at være en interessant vej, som er værd at undersøge yderligere. Og jeg er sikker på, at vi vil se yderligere efterforskning. ”
