2014-01-14
Autor: nTimes

Stephen Hawking: nie ma Czarnych Dziur. Rewolucja w fizyce

Stephen-Hawking-Black-Hole-Milkyway

To szokujące stwierdzenie w ustach brytyjskiego fizyka, który przez całe życie badał czarne dziury. A jednak kilka dni temu opublikował w internecie pracę, w której uzasadnia, że nie istnieją grawitacyjne studnie, z których nic – nawet światło – nie jest w stanie uciec.

To nieoczekiwany zwrot akcji w dyskusji o czarnych dziurach – tajemniczych obiektach, które mają być dla materii i promieniowania pułapką bez powrotu.

Czarne dziury wzbudzały kontrowersje od samego początku, gdy tylko zdano sobie sprawę z tego, że mogą istnieć. Prawdziwe spory zaczęły się jednak, gdy 40 lat temu Stephen Hawking wykazał, że te obiekty nie są wieczne, bo „parują”, tj. emitują promieniowanie cieplne, i z czasem nic po nich nie pozostanie. „Parowanie” czarnych dziur ostatecznie zburzyło spokój fizyków, bo łamało jedno z najbardziej podstawowych zasad fizyki: że informacja nie może ginąć bez śladu.

Czarna dziura to obszar czasoprzestrzeni, którego, z uwagi na wpływ grawitacji, nic, łącznie ze światłem, nie może opuścić. Otacza ją powierzchnia nazywana horyzontem zdarzeń, która wyznacza granicę bez powrotu. Nazywa się ją „czarną”, ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice. (Źródło: Wikipedia).

Warto tu wyjaśnić, że fizycy wcale nie martwią się tym, że czarna dziura zgniata i masakruje to, co do niej wpadnie. Kłopocze ich to, że gdyby czarna dziura wyparowała, to wraz z nią zniknęłaby bez śladu wszelka informacja o tym, co do niej wcześniej wpadło. W normalnym świecie po rzeczach zawsze zostaje jakiś charakterystyczny i unikalny ślad – fragmenty, szczątki, popioły, atomy, z których można (przynajmniej w teorii) jednoznacznie zidentyfikować zniszczony oryginał.

Po wyparowaniu czarnej dziury – nie pozostaje nic do identyfikacji. Promieniowanie cieplne unosi tylko informację o temperaturze czarnej dziury i nic więcej. Znika więc informacja o tym, co w niej było. Zerwana zostaje ciągłość między przeszłością i przyszłością, która jest gwarantowana przez podstawową zasadę fizyki (fachowo mówi się, że łamie to unitarność teorii).

Stephen-Hawking-Gerard-t-HooftStephen-Hawking-John-PreskillJak wykazał m.in. noblista Gerard ’t Hooft, złamanie tej zasady narusza cały gmach współczesnej teorii – m.in. znikanie informacji prowadzi do tego, że i energii może ubywać. – Dopuszczenie do ginięcia informacji w czarnych dziurach byłoby wysoce zaraźliwe – mówił John Preskill z Caltech w Pasadenie. – Trzeba byłoby dopuścić, że może też ginąć i powstawać z niczego energia. I to nie tylko daleko w kosmosie, ale również w naszych laboratoriach.

Od lat fizycy usiłują rozwiązać ten – jak go się nazywa – „informacyjny paradoks”, ale do tej pory bez powodzenia.

Stephen-Hawking

Radykalny krok Hawkinga

Teraz Stephen Hawking, który sam przed laty przyczynił się do powstania tego problemu, proponuje radykalny krok w celu jego rozwiązania. Twierdzi, że wokół czarnej dziury nie tworzy się absolutny horyzont, a więc nigdy nie powstaje zamknięty obszar, spoza którego nic nie może uciec.

„Brak horyzontu zdarzeń oznacza, że nie ma czarnych dziur – w tym znaczeniu, że światło nie może z nich uciec” – pisze Hawking.

Słowem, jego zdaniem nie istnieją takie czarne dziury, jakie sobie do tej pory wyobrażaliśmy – obiekty, które niczego nie wypuszczają ze swego wnętrza.

Istnieje jedynie przez jakiś czas horyzont „pozorny”, który – i to jest najbardziej istotny wniosek z nowej hipotezy Hawkinga – umożliwia wydostanie się z czeluści czarnej dziury informacji o jej ofiarach. Można go sobie wyobrażać jak ziemski horyzont, czyli granicę, gdzie niebo schodzi się z Ziemią – na pozór wydaje się, że można dojść do niego, ale tak naprawdę nie istnieje.

Nie ma więc paradoksu – informacja nie ginie bez wieści, wydostaje się, zanim czarna dziura zdąży całkowicie wyparować. To jest jednak pyrrusowe zwycięstwo nad nicością, bo – jak dalej uzasadnia Hawking – czarna dziura wypuszcza ofiary ze swego wnętrza w stanie tak zniekształconym, że są praktycznie nie do poznania i odtworzenia. Proces ten jest bowiem z natury chaotyczny, tak jak równania atmosfery. I podobnie jak nie można ułożyć prognozy na dłużej niż kilka dni do przodu, tak samo z promieniowania opuszczającego czarną dziurę w praktyce nie jesteśmy w stanie wywnioskować, co do niej wpadło (z tego powodu praca Hawkinga nosi przewrotny tytuł „Zachowanie informacji i prognoza pogody dla czarnych dziur”. Co ciekawe, wśród dziewięciu prac, które pomogły mu dojść do takich wniosków i które cytuje w swoim opracowaniu Hawking, znajduje się także artykuł polskich fizyków Piotra Bizonia i Andrzeja Rostworowskiego z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego).

Teoretycznie więc informacja opuszcza czarną dziurę, ale w praktyce jest nie do rozszyfrowania, tak jak to, jaka będzie pogoda za miesiąc. Wydaje się, że tym samym Hawking w sposób salomonowy chce pogodzić dwie frakcje fizyków, które się spierały o „informacyjny paradoks”.

Oponenci Hawkinga nie są jednak z tego rozwiązania zadowoleni. Podkreślają, że praca na razie nie przeszła sita recenzji. Można więc być pewnym, że debata o czarnych dziurach tylko przybierze na sile.

Prześledźmy ją w skrócie krok po kroku.

Stephen-Hawking-Sagittarius-A

Sagittarius A* jest supermasywną Czarną Dziurą w centrum naszej Drogi Mlecznej. Ma promień pół minuty świetlnej. Badania wskazują, że zwiększyła ona swoją masę 2-4 razy w ciągu ostatnich 5-10 miliardów lat poprzez pochłanianie pobliskich gwiazd.

12

SKOMENTUJ

Zaloguj się i napisz komentarz.

Poznaj Chiny

Artykuły w Kategoriach:

Ziemia Nocą

Komentarze (temp. OFF)

Teleskop Hubble'a