Un celebru paradox al lui Stephen Hawking ar putea avea, în sfârșit, o soluție
Unul dintre paradoxurile faimoase ale fizicianului Stephen Hawking ar putea fi în sfârșit rezolvat. Găurile negre ar putea, de fapt, să păstreze informații despre stelele masive care le-au creat, indică o nouă cercetare.
Aceste informații se pot ascunde în radiațiile din jurul găurilor negre, cunoscute sub numele de „părul cuantic” și ar putea, teoretic, să fie recuperate. Acestea ar urma să redea originile acestor găuri negre, sugerează cercetarea.
Aceste constatări, publicate în jurnalul Physics Letters B. pot în sfârșit să rezolve o probemă spinoasă, la care Hawking a lucrat în ultimii săi ani de viață.
Ce înseamnă „radiația Hawking”?
Potrivit lucrării lui Hawking, radiația se „scurge” încet din găurile negre sub formă de energie termică, care a ajuns să fie cunoscută sub numele de „radiația Hawking”. Dar, din cauza naturii sale termice, această radiație nu poate transporta radiații. Acest lucru înseamnă că, pe măsură ce găurile negre se evaporă, acestea distrug metodic toate informațiile despre stelele care le-au creat. Acest fapt este contrar legilor mecanicii cuantice, care spun că informațiile nu pot fi distruse și că starea finală a unui obiect poate dezvălui indicii despre starea sa inițială. Această problemă îi preocupă pe cosmologi de zeci de ani și este cunoscută sub numele de „paradoxul informațional Hawking”, potrivit Live Science.
„[Această cercetare] este ultimul cui în sicriul pentru paradox, deoarece acum înțelege exact fenomenul fizic prin care informațiile scapă dintr-o gaură neagră în descompunere”, a declarat autorul principal al studiului, Xavier Calmet, profesor de fizică la Universitatea din Sussex, Anglia.
El sugerează o modificare a radiației Hawking care o face „netermică” și astfel capabilă să transporte informații cu ea departe de soarta finală a găurii negre.
Problema găurii negre
Găurile negre sunt obiecte atât de masive, încât nimic nu poate scăpa de atracția gravitației lor, nici chiar lumina. Acestea se formează atunci când stelele uriașe rămân fără combustibil și se prăbușesc în ele însele.
În domeniul fizicii clasice, găurile negre sunt „obiecte foarte simple”, a spus Calmet.
„Atât de simple încât pot fi caracterizate de trei numere: masa, momentul lor unghiular și sarcina electrică”, a precizat profesorul de fizică.
Celebrul fizician John Wheeler a descris această lipsă de caracteristici distincte spunând că „găurile negre nu au păr”. Dar, în timp ce gaura neagră finală este foarte simplă, steaua originală din care a creat-o este un obiect astrofizic complex, constând într-un amalgam complicat de protoni, electroni și neutroni, care vin împreună să formeze elementele care construiesc compoziția chimică a stelei.
Conțin găurile negre informații despre stelele care le-au format?
Deși găurile negre nu au nicio „memorie” a stelelor care au fost odată, regulile fizicii cuantice spun că informația nu poate fi pur și simplu ștearsă din Univers. În 1976, Hawking a prezentat o problemă care nu a fost evidentă de la început, arătând că această informație nu poate să rămână la nesfârșit în găurile negre izolate din Universul exterior.
Aplicând regulile mecanicii cuantice asupra găurilor negre, Hawking a sugerat că acestea emit un tip de radiație termică, numită mai târziu radiația Hawking. Pe parcursul unor perioade îndelungate de timp, scurgerea acestei radiații face ca găurile negre să se evapore complet, lăsând în urmă doar un vid. În acest fel, informațiile se pierd iremediabil.
„Acest lucru nu este însă permis de domeniul fizicii cuantice, care presupune că filmul vieții acestei găuri negre ar putea fi derulat din nou. Pornind de la radiație ar trebui să putem reconstrui gaura neagră originală și apoi, în cele din urmă, steaua”, a spus Calmet.
În căutarea „părului” găurii negre
Alături de colegiul său, Steve Hsu, profesor de fizică teoretică la Univrsitatea de Stat din Michigan, SUA, Calmet a lucrat din 2021 la spargerea paradoxului lui Hawking. Într-un studiu anterior din 2022, echipa a susținut că găurile negre au într-adevăr „păr cuantic”, sub forma unei amprente cuantice unice în câmpurile gravitaționale care le înconjoară.
În noua sa cercetare, echipa a reevaluat calculele lui Hawking din 1976, dar de data aceasta a luat în considerare efectele „gravitației cuantice”, adică descrierea gravitației, potrivit principiilor mecanicii cuantice, ceea ce Hawking nu făcuse.
„Deși aceste corecții gravitaționale cuantice sunt minuscule, sunt cruciale pentru evaporarea găurilor negre. Putem să arătă că aceste efecte modifică radiația Hawking într-un fel în care radiația devine netermică. Cu alte cuvinte, ținând cont de gravitația cuantică, radiația poate conține acste informații”, a spus Calmet.
Studierea simulărilor de găuri negre în laboratoare de pe Pământ
În timp ce părul cuantic sugerat în lucrarea anterioară a lui Calmet și Hsu era un concept matematic abstract, echipa a identificat acum fenomenul fizic exact prin care informația scapă din gaura neagră prin intermediul radiației Hawking și modul în care aceasta ar putea fi recuperată de un observator exterior. Acest lucru nu este posibil în prezent, deoarece ar fi nevoie de un instrument suficient de sensibil pentru a măsura radiația Hawking, care, deocamdată, este pur teoretic.
În prezent, nu există nicio modalitate reală pentru astrofizicieni de a măsura efectul propus de cercetători, deoarece acesta este minuscul, a recunoscut Calmet. În schimb, el sugerează că o modalitate de a progresa în această teorie ar fi studierea simulărilor de găuri negre în laboratoare de pe Pământ. Modelarea matematică a radiației Hawking și a găurilor negre realizată de echipă s-ar putea dovedi de neprețuit în aceste simulări.
Vă mai recomandăm și:
Aproximativ 300 de stele variabile au fost detectate într-un roi din constelația Lira
Cum să folosești „Paradoxul lui Solomon” pentru o viață mai bună?
Câte găuri negre există în Univers? Numărul cuprinde nu mai puțin de 19 zerouri