Új megoldást találhattak Stephen Hawking híres paradoxonjára

A fekete lyukak által kibocsátott “Hawking-sugárzás” mégiscsak képes lehet információt hordozni – derül ki Stephen Hawking híres paradoxonának új megoldásából.

Stephen Hawking fizikus egyik leghíresebb paradoxonja végre megoldódhat. A Live Science szerint egy új kutatás alapján a fekete lyukak valóban megőrizhetik az őket létrehozó hatalmas csillagokról szóló információkat. Ez az információ a fekete lyukak körüli sugárzásban, vagyis a “kvantumhajban” rejtőzhet, és a kutatás szerint elméletileg megismerhetjük a fekete lyukak eredetét.

A Physics Letters B. című folyóiratban március 6-án közzétett eredmények végre megoldhatják azt a kényes problémát, amelyen Hawking utolsó éveiben dolgozott.

Hawking szerint a fekete lyukakból lassan “kiszivárog” a sugárzás hőenergia formájában, ami a “Hawking-sugárzás” nevet kapta. Termikus jellege miatt azonban ez a sugárzás nem képes információt hordozni. Ez azt jelenti, hogy a fekete lyukak életük során megsemmisítik az őket létrehozó csillagokról szóló összes információt. Ez viszont teljesen ellentétes a kvantummechanika törvényeivel. Eszerint az információ nem semmisülhet meg, és egy tárgy végső állapota információt hordoz a kezdeti állapotáról. Ez a probléma évtizedek óta foglalkoztatja a kozmológusokat, és “Hawking információs paradoxon” néven ismerjük.

“Ez a kutatás az utolsó szög a paradoxon koporsójába, mert most már pontosan értjük azt a fizikai jelenséget, amellyel az információ kiszabadul egy bomló fekete lyukból” – mondta a tanulmány vezető szerzője, Xavier Calmet, a Sussexi Egyetem fizikaprofesszora a Live Science-nek e-mailben. Ő a Hawking-sugárzás olyan módosítását javasolja, amely “nem termikussá” teszi azt, és így képes arra, hogy információt vigyen magával a fekete lyuk végső sorsa elől.

A fekete lyukak

A fekete lyukak olyan nagy tömegű objektumok, amelyek gravitációs vonzása alól semmi sem tud kitörni, még a fény sem. Akkor keletkeznek, amikor a hatalmas csillagokból kifogy az üzemanyag, és magukba omlanak.

A klasszikus fizikában a fekete lyukak “nagyon egyszerű objektumok” – mondta Calmet. “Annyira egyszerűek, hogy három számmal jellemezhetők: a tömegükkel, a szögimpulzusukkal és az elektromos töltésükkel”.

A híres fizikus, John Wheeler a megkülönböztető jegyek hiányát úgy jellemezte, hogy “a fekete lyukaknak nincs haja”. De, magyarázta Calmet, míg a fekete lyuk nagyon egyszerű, addig az eredeti csillag, amelyből kialakult, egy összetett asztrofizikai objektum, amely protonok, elektronok és neutronok bonyolult keverékéből áll, amelyek összeállnak, hogy kialakítsák a csillag kémiai összetételét felépítő elemeket.

Bár a fekete lyukak nem hordoznak “emléket” az egykori csillagokról, a kvantumfizika szabályai szerint az információt nem lehet egyszerűen kitörölni az univerzumból. 1976-ban Hawking szöget ütött a kozmikus koporsóba azzal, hogy kimutatta, hogy ez az információ nem maradhat a végtelenségig a külső világegyetemtől elzárt fekete lyukakban sem. A kvantummechanika szabályait a fekete lyukakra alkalmazva Hawking azt gondolta, hogy azok egyfajta hősugárzást bocsátanak ki. Ezt nevezték el később Hawking-sugárzásnak. Ennek a sugárzásnak a kiszivárgása óriási időtartamok alatt a fekete lyukak teljes “elpárolgását” okozza, és csak vákuumot hagy maga után. Ily módon az információ visszavonhatatlanul elvész.

“Ezt azonban a kvantumfizika nem teszi lehetővé, amely szerint a fekete lyuk “életének” filmje visszatekerhető” – mondta Calmet. “A sugárzásból kiindulva újra kellene tudnunk építeni az eredeti fekete lyukat, majd végül magát a csillagot is”.

A fekete lyuk “haja”

Kollégájával, Steve Hsu-val, a Michigani Állami Egyetem elméleti fizika professzorával együtt Calmet 2021 óta dolgozik a Hawking-paradoxon megfejtésén. Egy korábbi, 2022 márciusában publikált tanulmányukban azt állították, hogy a fekete lyukaknak valóban van “kvantumhaja”, ami az azokat körülvevő gravitációs mezők egyedi kvantumlenyomatát jelenti.

Új kutatásukban a csapat újraértékelte Hawking 1976-os számításait, de ezúttal figyelembe vették a “kvantumgravitáció” hatásait, amit Hawking nem tett meg.

“Bár ezek a korrekciók elenyészőek, mégis döntő fontosságúak a fekete lyukak elpárolgásának megállapításához” – mondta Calmet. “Sikerült megmutatnunk, hogy ezek a hatások úgy módosítják a Hawking-sugárzást, hogy az nem termikus sugárzássá válik. Más szóval, a kvantumgravitációt figyelembe véve a sugárzás információt tartalmazhat.”

Ez is érdekelhet:

• Megdöbbentek a tudósok: 6000 éve, rézkori őseink cápákra vadásztak
• Vérfagyasztó: ezt találták a sírban miután üvöltést hallottak belülről