Hawking zoekt naar een "nooduitgang" in een zwart gat

Hawking zoekt naar een

Zwarte gaten zijn altijd eenvoudig gebleven in onze verbeelding.

Er was een tijd dat men, gebruik makend van de regels van de algemene relativiteitstheorie, een dichte oneindige singulariteit kon voorstellen. Het was omgeven door een zwaartekrachtzone, waaruit het onmogelijk was om te ontsnappen, en werd de "evenementhorizon" genoemd. Deze componenten, samen met verschillende aanvullende details, vormden de basisbeschrijving van de anatomie van een zwart gat.

Het leerboek is hier heel duidelijk over geschreven: niets, zelfs niet een lichtstraal kan door de zwaartekrachtsonde van de gebeurtenishorizon van het object heen breken. Het is gewoon een enkeltje. Als een astronaut te dicht bij de gebeurtenishorizon is, wordt hij naar binnen gesleept. En hij zal moeten vallen tot zijn dood, in afwachting van verschrikkelijke gevolgen van spaghettificatie.

Hoewel dit een vereenvoudigde vorm is, diende dit als een redelijk goede verklaring van wat er in het zwarte gat gebeurt. Maar in de jaren 1970 presenteerde de Britse goeroe van de theoretische fysica, Stephen Hawking, zijn belangrijkste theorie over verdamping van zwarte gaten. En in de moderne tijd gelooft Hawking dat schoolboeken verkeerd zijn, wat ons leidt naar het idee dat zwarten op eenrichtingsstraten lijken.

Hawking-stralingsprobleem

De complexiteit van het feit dat zwarte gaten kunnen verdampen is een gevolg van de vreemdheid van de onontgonnen kwantumwereld. Quantumtheoretici suggereren dat in de vacuümruimte een paar 'virtuele deeltjes' constant uit de ruimte springen en ernaar terugkeren. Dus, het blijkt dat het "ware vacuüm" nooit leeg is. In feite is het gevuld met paren quantumdeeltjes die in de wereld worden geboren en vervolgens in een heel kort tijdsbestek vernietigen. Gewoonlijk vindt een dergelijk proces plaats zonder een hapering en een koppeling - deeltjes ontstaan ​​uit een vacuüm, dan vernietigen ze met hun partner en doet het Universum zijn eigen persoonlijke zaken. Maar als je een zwart gat toevoegt aan de mix, krijgt alles om je heen de kenmerken van gekte.

Zoals we hierboven vermeldden, wordt de gebeurtenishorizon in een zwart gat een punt van waaruit geen terugkeer mogelijk is. Dus wat gebeurt er als een paar virtuele deeltjes in het algemene bestaan ​​aan de horizon zweeft en er slechts één binnen valt? Welnu, het tweede "virtuele deeltje", dat zijn vernietigingspartner kwijt is, wordt letterlijk uit het zwarte gat verdreven en wordt de "realiteit" -categorie. In het proces om een ​​'realiteit' te worden, neemt dit deeltje een deel van de massa uit het zwarte gat (de kwantummechanica beweerde nooit een logische betekenis over te brengen). Vanwege dit proces, dat constant in de horizon van gebeurtenissen woedt, begint het zwarte gat de fysieke massa te verliezen. Dit is wat Hawking stralingsverdamping is.

Tot nu toe heb ik je opwinding over de eigenaardigheden van de kwantumveldentheorie alleen maar opgewarmd, en dan zal het alleen maar vreemder zijn. Maar eerst moeten we wat extra informatie aanraken.

De algemene relativiteitstheorie en de kwantumveldentheorie spelen onderling de regels. Beide gebieden van de fysica behandelen fundamentele beschrijvingen van ruimte, tijd en materie op micro- (quantum) en macro (kosmologisch) niveau. Ze bevinden zich aan weerszijden van de weegschaal. En na de recente ontdekking van het Higgs-deeltje, heeft het kwantum 'receptenboek', het Standaard Model genoemd, wederom bewezen dat dit een nauwkeurige beschrijving is van hoe ons Universum werkt.

Het standaardmodel lijkt een fundamenteel probleem te hebben met de zwaartekracht. Tot dusverre zijn natuurkundigen er niet in geslaagd om een ​​deeltje te vinden dat medieert in zwaartekracht (de hypothetische naam is "graviton"). En ondanks al hun inspanningen lijkt het erop dat er nog steeds geen manier is om deze puzzel op te lossen. En de laatste jaren zijn zwarte gaten een ander strijdperk geworden tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantumveldentheorie.

Antithese van "No Drama"

Wanneer materie (en dus "informatie") de ruimte van een zwart gat binnengaat, wordt het verwijderd van de bekende grenzen van het Universum en wordt het effectief vernietigd. Dit is een probleem. De algemene relativiteitstheorie geeft weinig om informatie die van belang is. Maar de kwantumtheorie, aan de andere kant, is te zeer geïnteresseerd in deze informatie en gelooft dat deze niet kan worden 'gewist'.

In 2004 vond een beroemde gebeurtenis plaats toen Hawking de nederlaag erkende in een geschil met theoretisch natuurkundige John Presquil. Hij bevestigde dat informatie "verloren" in een zwart gat is gecodeerd in Hawking-straling (hij beweerde in eerste instantie dat zwarte gaten informatie vernietigen, en informatie in straling is een nieuwe code die niet gerelateerd is aan een object dat het gat binnengaat).

Maar deze snelle oplossing zorgde voor nog een probleem. In 2012 ontdekte een groep fysici onder leiding van Joseph Polchinski van de Universiteit van Californië in Santa Barbara dat het opslaan van informatie in Hawking-straling een 'firewall' met sterke kwantumenergie zou vereisen die alles buiten de horizon van gebeurtenissen zou persen.

Hij herinnert ons onze ongelukkige kosmonaut die in de horizon van een black hole-gebeurtenis terecht is gekomen, en hij zal niets ervaren met de algemene relativiteitstheorie terwijl hij door dit gebied drijft (natuurlijk, als het niet Matthew McConaughey was die felle lichten zou zien). Uiteraard zal de astronaut uiteindelijk in kleine stukjes breken, maar deze zal worden verbrand. Zo'n gedachte-experiment staat bekend als het postulaat zonder drama.

Maar alles verandert de impasse van de firewall. Hij overtreedt gewoon de wetten van het drama en creëert precies het tegenovergestelde. Dat wil zeggen, het schendt volledig de algemene relativiteitstheorie en de theorie die het zwarte gat bestuurt waarmee we zijn begonnen.

Dus nu moeten natuurkundigen vechten met de vergelijkingen en proberen de "informatieparadox" op te lossen. Dit is wat de grootste geesten in de afgelopen decennia hebben gedaan. Stephen Hawking zelf verlaat dit debat zelfs niet. Vorig jaar bijvoorbeeld besprak hij de mogelijkheid om zijn theorie te vervangen door een theoretische constructie die bekend staat als de 'schijnbare horizon' in plaats van bepaalde grenzen. Misschien moet dit concept worden verbeterd en in feite verandert deze horizon zijn vorming in reactie op kwantumfluctuaties in een zwart gat. Dit creëert een chaotische stoornis in de informatie voorbij de schijnbare horizon, die noch de wetten van de kwantumdynamiek schendt, noch de algemene relativiteitstheorie.

"Dus, als de voorspelling van het weer op aarde, zal informatie effectief verloren gaan als er geen verlies van unitariteit is", schreef Hawking in een artikel. Dit betekent dat, hoewel de informatie uit het zwarte gat kan worden vrijgegeven, de willekeur ervan niet kan worden geïnterpreteerd zonder het probleem met de firewall op te lossen.

Onnodig te zeggen dat dit niet het einde is van het debat tussen de collega's van Hawking.

En nu, Hawking, verscheen op het nieuws aan het Royal Institute of Technology in Stockholm op 24 augustus, gaf zijn prachtige uitleg door middel van een openbare lezing. Hij vertelde me dat hij in zwarte gaten over de informatie over draadverwerking nadacht.

"Ik geloof dat die informatie niet in het midden van een zwart gat wordt opgeslagen, zoals je zou denken, maar op de grens, in de gebeurtenishorizon," zei hij tijdens de lezing.

De wetenschapper legde in detail uit dat informatie wordt opgeslagen op objecten die in een zwart gat vallen, en wordt omgezet in 2-dimensionale hologrammen, waarna ze worden gevangen in Hawking-straling en uit het zwarte gat worden verwijderd. Maar er zit geen romantiek in, omdat het er niet uitziet als een super-geavanceerde computer-harde schijf. In plaats daarvan is het een echte chaotische puinhoop.

"Ik denk dat zwarte gaten helemaal niet dezelfde kleur hebben als ze worden beschreven," legde hij uit. - "Ze vormen geen eeuwige gevangenis, zoals eerder werd gedacht. Dingen kunnen van het hol naar het externe of naar andere universums gaan. " We wachten op de documenten die Hawking en zijn medewerkers van plan zijn binnen een paar weken te publiceren om te begrijpen wat hij bedoelde met het woord 'andere' universums. Maar er zijn aannames die duidelijk maken dat gaten kunnen dienen als een deur naar parallelle werelden of zelfs volledige universums.

Event Horizon-telescoop

Op dit moment heeft Hawking misschien een "nooduitgang" geformuleerd om informatie te verkrijgen van een persoon die in een zwart gat is gevallen. Maar we zullen het proces niet nauwkeurig kunnen kennen totdat we de aard van deze objecten volledig hebben bestudeerd.

Astronomen van de Event Horizon-telescoop staan ​​dicht bij het zien van de diepe kern van onze Melkweg. Ze kunnen de geprojecteerde schijf van licht zien die het supermassieve zwarte gat van de Melkweg, Boogschutter A, op een afstand van 20 duizend lichtjaren omringt.

"Al vele jaren probeert Hawking oplossingen te vinden voor de informatieparadox: ofwel om het af te stellen zodat de quantumveldentheorie zich combineert met de algemene relativiteitstheorie, of om de manier te veranderen om een ​​zwart gat te bekijken", schrijft Dimitrios Psaltis, een professor in de astronomie en fysica van de Universiteit van Arizona . "Als alles goed gaat met de tweede optie, kan de Event Horizon Telescope een unieke weergave zien."

Het werk van Hawking kan nieuwe vooruitstrevende ideeën aandragen en een gelegenheid bieden om enkele aspecten van de informatieparadox in overweging te nemen.

Opmerkingen (0)
Zoeken