De ce unii fizicieni cred că trăim într-o gaură neagră?

Găurile negre sunt obiecte stranii care (deși cunoaștem multe lucruri despre ele) pun la încercare înțelegerea fizicii. Într-o încercare de a reconcilia unele dintre paradoxurile descoperite în studierea găurilor negre, fizicienii au propus ipoteze stranii, una dintre ele sugerând că ele implică faptul că trăim într-un univers holografic, unde tot ce vedem și percepem este, de fapt, codificat la limita universului nostru, o reprezentare tridimensională (plus timp) a unui univers bidimensional (plus timp). Mai mult decât atât, unii au sugerat că acest lucru ar putea implica faptul că trăim într-o gaură neagră a unui univers mai mare.

Găurile negre, formate atunci când stelele masive colapsează, sunt zone ale spațiului în care gravitația este atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa de ea. Existenta găurilor negre a adus o problemă atunci când le-am studiat în termeni de termodinamică. Starea finală a unei găuri negre, atunci când ajunge la echilibru, depinde doar de trei parametri: masa sa, momentul cinetic și sarcina electrică.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

„În relativitatea generală clasică, o gaură neagră împiedică orice particulă sau formă de radiație să scape din închisoarea sa cosmică”, explică astrofizicianul francez Jean-Pierre Luminet într-o analiză din 2016.

Ciudățeniile găurilor negre

„Pentru un observator extern, atunci când un corp material traversează un orizont de eveniment, toate cunoștințele despre proprietățile sale materiale sunt pierdute. Rămân doar noile valori ale lui M (masa), J (momentul cinetic), și Q (sarcina electrică). Prin urmare, o gaură neagră înghite o cantitate enormă de informație, spune cercetătorul, citat de IFL Science.

Dar dacă o gaură neagră are masă, atunci ar trebui să aibă și o temperatură conform primei legi a termodinamicii și, în conformitate cu a doua lege a termodinamicii, ar trebui să radieze căldură. Stephen Hawking a arătat că găurile negre ar trebui să emită radiații, acum denumite radiații Hawking, formate la limita găurii negre.

„Hawking a indicat apoi un paradox. Dacă o gaură neagră se poate evapora, o parte din informația pe care o conține este pierdută pentru totdeauna”, continuă Luminet.

„Informația conținută în radiația termică emisă de o gaură neagră este degradată; nu recapitulează informații despre materia înghițită anterior de gaura neagră. Pierderea irevocabilă a informației intră în conflict cu unul dintre postulatele de bază ale mecanicii cuantice. Conform ecuației Schrödinger, sistemele fizice care se schimbă în timp nu pot crea sau distruge informație, o proprietate cunoscută sub numele de unitarietate”, spune cercetătorul.

Acesta este cunoscut sub numele de paradoxul informațional al găurilor negre și, dat fiind faptul că pare să încalce înțelegerea noastră actuală a Universului, a fost subiectul multor studii și dezbateri.

Trăim într-o gaură neagră a unui univers mai mare?

O soluție propusă, de fapt, a fost găsită prin examinarea termodinamicii găurilor negre în contextul teoriei coardelor. Gerard ’t Hooft a arătat că totalul gradelor de libertate conținute în interiorul unei găuri negre este definit în proporție cu suprafața sa de orizont, și nu cu volumul său. Acest lucru permite examinarea entropiei unei găuri negre.

„Din punctul de vedere al informației, fiecare bit sub formă de 0 sau 1 corespunde la patru arii Planck, ceea ce permite găsirea formulei Bekenstein–Hawking pentru entropie”, continuă Luminet.

„Pentru un observator extern, informația despre entropia găurii negre, odată purtată de structura tridimensională a obiectelor care au traversat orizontul de eveniment, pare pierdută. Dar din acest punct de vedere, informația este codată pe suprafața bidimensională a unei găuri negre, ca o hologramă. Prin urmare, a concluzionat ’t Hooft, informația înghițită de o gaură neagră ar putea fi complet restaurată în timpul procesului de evaporare cuantică”, explică omul de știință.

Deși acest lucru este reconfortant într-un fel (găurile negre nu încalcă a doua lege a termodinamicii), a dus la ideea destul de extremă că fizica unui volum tridimensional poate fi descrisă la marginea sa bidimensională.

Deși acest lucru nu este valabil pentru spațiul din afara unei găuri negre, există propuneri conform cărora Universul însuși ar putea fi o gaură neagră, unde toate procesele au loc la limita sa și ceea ce observăm apare din aceste interacțiuni. Este o idee sălbatică, cu adaosuri și mai sălbatice. De exemplu, s-a sugerat că gravitația ar putea apărea ca o forță emergentă din entropia inseparabilității la limită.

Teoria conform căreia trăim într-o gaură neagră, fără dovezi, rămâne doar o teorie printre multe altele

Teoria nu este cea mai convingătoare idee pentru a explica universul nostru, fizica standard descriind cel mai bine Universul pe care îl vedem. Dar există motive pentru care oamenii o iau în serios.

Pentru început, pentru ca modelul să funcționeze, raza Hubble a Universului (raza Universului nostru observabil) trebuie să fie aceeași cu raza Schwarzschild, adică dimensiunea găurii negre care ar fi creată dacă toată materia din interiorul său ar fi condensată într-un singur punct. Aceste două numere sunt, de fapt, surprinzător de apropiate, deși acest lucru poate fi pus și pe seama unei coincidențe cosmice.

Există și alte motive, precum o „diagramă a totului”, care sugerează că trăim într-o gaură neagră a unui univers mai mare. Dar până când o astfel de teorie nu vine cu dovezi și predicții convingătoare dincolo de înțelegerea actuală a fizicii, încă nu ar trebui să ne lăsăm pradă unei crize existențiale.

Vă recomandăm să citiți și:

O descoperire mult așteptată tocmai a fost făcută pe Marte! Este exact ce și-a dorit NASA

Test de cultură generală. Câte planete ar încăpea între Pământ și Lună?

De ce imaginile de la Telescopul James Webb ajung pe Pământ în alb-negru?

Telescopul Spațial James Webb a detectat lumină pe o planetă asemănătoare Pământului