Un paradox al lui Stephen Hawking ar putea fi în sfârșit rezolvat, cu o condiție

Un nou studiu sugerează că găurile negre ar putea să nu fie entități lipsite de trăsături și structuri, așa cum prezice teoria relativității generale a lui Einstein. În schimb, acești „monștri cosmici” ar putea fi obiecte cuantice bizare, cunoscute sub denumirea de „stele înghețate”. Care este paradoxul radiației găurilor negre?

Deși acestea ar împărtăși unele similarități cu găurile negre, corpurile cerești ipotetice diferă în moduri esențiale, ceea ce ar putea rezolva paradoxul radiației găurilor negre al lui Hawking (denumit după fizicianul Stephen Hawking). Acest paradox apare din cauza faptului că radiația emisă teoretic de orizontul evenimentelor al unei găuri negre nu pare să conțină informații despre materia care a format gaura neagră, încălcând astfel principiul fundamental al mecanicii cuantice conform căruia informația nu poate fi distrusă.

• Astronomii au descoperit stele spiralate care se îndreaptă spre o explozie cosmică rară
• Un nou studiu a descoperit că femeile aud mai bine decât bărbații

Mai mult, spre deosebire de găurile negre convenționale, nu este de așteptat ca stelele înghețate să conțină o singularitate (un punct de densitate infinită în centru), ceea ce rezolvă o altă contradicție dintre modelul clasic al găurilor negre și regula generală în fizică că infinitățile nu pot exista în natură. Apariția unor infinități într-o teorie indică de obicei limitările acelei teorii, explică Live Science.

Paradoxul radiației găurilor negre, la un pas de a fi rezolvat

„Stelele înghețate sunt un tip de imitație a găurilor negre: obiecte astrofizice ultracompacte, lipsite de singularități și de un orizont, dar care pot imita toate proprietățile observabile ale găurilor negre. Dacă acestea există, ar indica necesitatea de a modifica în mod semnificativ și fundamental teoria relativității generale a lui Einstein”, a declarat Ramy Brustein, profesor de fizică la Universitatea Ben-Gurion (Israel).

Brustein este autorul principal al unui studiu care descrie teoria stelelor înghețate, publicat în Physical Review D.

Modelul clasic al găurilor negre, descris pentru prima dată de Karl Schwarzschild în 1916, portretizează găurile negre ca având două trăsături esențiale: o singularitate unde toată masa este concentrată și un orizont al evenimentelor, o limită dincolo de care nimic, nici măcar lumina, nu poate scăpa.

De ce teoria relativității generale s-ar putea înșela cu privire la găurile negre?

Cu toate acestea, acest model întâmpină o problemă serioasă când este introdusă mecanica cuantică. În anii 1970, Stephen Hawking a descoperit că efectele cuantice din apropierea orizontului evenimentelor ar trebui să ducă la crearea de particule din vidul spațiului, un proces cunoscut sub denumirea de radiație Hawking. Această radiație ar face ca gaura neagră să piardă treptat masă și, eventual, să se evapore complet.

Paradoxul radiației găurilor negre apare deoarece această radiație nu pare să transporte informații despre materia care a format gaura neagră inițial. Dacă gaura neagră se evaporă complet, această informație pare să fie pierdută pentru totdeauna, ceea ce contravine principiilor mecanicii cuantice, care dictează că informația trebuie să se conserve. Această contradicție este cunoscută sub numele de paradoxul pierderii de informații, una dintre cele mai mari provocări din fizica teoretică.

Ce sunt stelele înghețate?

În noul lor studiu, Brustein și coautorii săi, A.J.M. Medved, de la Universitatea Rhodes (Africa de Sud), și Tamar Simhon, de la Universitatea Ben-Gurion, au realizat o analiză teoretică detaliată a modelului stelelor înghețate și au descoperit că acesta rezolvă paradoxurile modelului tradițional, deoarece nu implică un orizont sau o singularitate.

Autorii au descoperit că dacă găurile negre sunt de fapt obiecte foarte compacte compuse din materie ultra-rigidă, ale căror proprietăți sunt inspirate de teoria coardelor (candidatul principal pentru teoria gravitației cuantice), acestea nu se prăbușesc în puncte de densitate infinită și au o dimensiune ușor mai mare decât orizontul evenimentelor convențional, împiedicând formarea acestuia.

„Am arătat cum stelele înghețate se comportă ca niște absorbanți aproape perfecți, deși nu au un orizont, și acționează ca o sursă de unde gravitaționale”, a spus Brustein, menționând că aceste obiecte pot absorbi aproape tot ceea ce cade asupra lor, la fel ca găurile negre. „Mai mult, ele generează aceeași geometrie externă ca modelul convențional al găurilor negre și reproduc proprietățile termodinamice ale acestora”, continuă cercetătorul.

Sunt stelele înghețate răspunsul la paradoxul radiației găurilor negre?

Modelul stelelor înghețate oferă o potențială soluție la paradoxurile asociate cu găurile negre tradiționale, dar oamenii de știință trebuie să-l testeze experimental.

Spre deosebire de găurile negre convenționale, este de așteptat ca stelele înghețate să aibă o structură internă, deși una cu proprietăți bizare dictate de gravitația cuantică. Acest lucru deschide calea pentru discriminarea observațională între cele două modele. Dovezile ar putea fi prezente în undele gravitaționale (fluctuații în structura spațiu-timp) generate în timpul fuziunilor dintre găuri negre. „Aici ar fi cel mai evidente diferențele”, a explicat Brustein.

Echipa încă lucrează la înțelegerea structurii interne a stelelor înghețate și a modului în care acestea ar diferi de alte obiecte cosmice extreme, cum ar fi stelele neutronice, dar este un obiectiv realizabil, a spus Brustein. De acolo, ar putea analiza datele de la observatoarele de unde gravitaționale existente și viitoare, deoarece undele emise în timpul fuziunilor sunt extrem de puternice și pot transporta informații despre structura acestor obiecte ultracompacte.

„Descoperirea oricărei predicții a modelului stelelor înghețate va avea un impact revoluționar”, a concluzionat Brustein.

Vă recomandăm să citiți și:

Un studiu sugerează că galaxia noastră și-a început deja coliziunea cu Andromeda

Astronomii ar fi descoperit sursa pentru energia vântului solar

„O gogoașă misterioasă”, descoperită în nucleul Pământului

Unde este centrul Universului?