Így lesz vége a világnak: egy sugárzás fogja elpusztítani

Egy új elmélet gyökeresen átdolgozta Stephen Hawking 1974-es tanulmányát a fekete lyukakról, és azt jósolja, hogy előbb-utóbb minden tömeggel rendelkező objektum végleg megsemmisül.

Hawking 1974-ben ismertetett munkájában leírja, hogy a fekete lyukak végül úgy „párolognak el”, hogy elveszítik a ma már Hawking-sugárzásként ismert energiát, amely a fekete lyukak hatalmas gravitációs mezeje körül keletkező fényrészecskék formájában fokozatosan „elfolyik”. Most az elmélet egy új, frissített változata, melyet a Live Science szemlézett, azt sugallja, hogy a Hawking-sugárzás nem csak a fekete lyukakból, hanem minden olyan objektumból, amelynek elég nagy a tömege, energiát lop.

Ha az elmélet bizonyítást nyer, az azt jelenti, hogy az univerzumban minden, aminek tömege van, lassan, Hawking-sugárzás formájában szétszórja az energiáját.

“Ez azt jelenti, hogy az eseményhorizonttal (az a gravitációs pont, amelyen túl már semmi, még a fény sem tud elmenekülni egy fekete lyukból]) nem rendelkező objektumok, például a halott csillagok maradványai és más nagy objektumok a világegyetemben is rendelkeznek ilyen sugárzással” – mondta Heino Falcke, a kutatás vezető szerzője, a holland Radboud Egyetem asztrofizika professzora egy közleményben.

“És ez nagyon hosszú idő után ahhoz vezetne, hogy az univerzumban végül minden elpárologna, akárcsak a fekete lyukak. Ez nemcsak a Hawking-sugárzásról alkotott elképzeléseinket változtatja meg, hanem az univerzumról és annak jövőjéről alkotott képünket is”.”

A kutatók eredményeiket június 2-án tették közzé a Physical Review Letters című folyóiratban.

A kvantumtérelmélet szerint nem létezik üres vákuum. A tér ehelyett tele van rezgésekkel, amelyek, ha elegendő energiával töltődnek fel, véletlenszerűen részecskékké törnek szét, és nagyon kis energiájú fénycsomagokat, azaz fotonokat hoznak létre.

Hawking a mérföldkőnek számító tanulmányában megjósolta, hogy a fekete lyukak eseményhorizontjánál tapasztalható rendkívüli gravitációs erő ilyen módon hívja életre a fotonokat. Einstein általános relativitáselmélete szerint ugyanakkor a gravitáció eltorzítja a téridőt, így a kvantummezők annál jobban torzulnak, minél közelebb kerülnek a fekete lyuk szingularitásának hatalmas vonzásához.

A kvantummechanika bizonytalansága és furcsasága miatt Hawking szerint ez a torzulás a térben egyenetlenül mozgó időzónákat és az ebből következő energiacsúcsokat hoz létre. Ezek az energiaeltérések hatására a fekete lyukak körüli torz térben fotonok jelennek meg, amelyek energiát szívnak el a fekete lyuk mezejéből, hogy aztán – mikor elérik a kritikus pontot – kirobbanhassanak onnan. Ha a részecskék ezután kiszabadulnak a fekete lyukból, tulajdonképpen „energiarablás” történik. Ez arra a következtetésre vezette Hawkingot, hogy – a világegyetem jelenlegi koránál jóval hosszabb időskálán – a fekete lyukak végül elveszítik minden energiájukat, és teljesen eltűnnek.

De ha csak egy erős gravitációs mezőre van szükség a kvantumfluktuációk és fotonok létrejöttéhez, akkor mi akadályozza meg, hogy bármely, a téridőt görbítő tömeggel rendelkező objektum Hawking-sugárzást hozzon létre? Szükség van-e a Hawking-sugárzásnak a fekete lyuk eseményhorizontjának különleges feltételére, vagy bárhol a térben előállítható? E kérdések vizsgálatához az új tanulmány szerzői a Hawking-sugárzást a Schwinger-effektusnak nevezett, régóta megjósolt folyamat szemszögéből elemezték, amely során elméletileg anyagot lehet létrehozni az elektromágneses mező által okozott erőteljes torzulásokból.

Az elméleti fizikusok a Schwinger-effektus kereteit Hawking elméletére alkalmazva olyan matematikai modellt állítottak elő, amely reprodukálta a Hawking-sugárzást különböző gravitációs erősségű terekben. Új elméletük tesztelésekor megdöbbentő felfedezért tettek: úgy tűnik, hogy nincs szükség eseményhorizontra ahhoz, hogy egy masszív objektumból lassan, fény formájában energia szivárogjon, a test gravitációs tere önmagában is elég ehhez.

“Megmutattuk, hogy messze a fekete lyukon túl a téridő görbülete nagy szerepet játszik a sugárzás létrejöttében” – írta a közleményben a második szerző, Walter van Suijlekom, a Radboud Egyetem matematika professzora.

“A részecskéket a fekete lyukon túl a gravitációs mező árapály-erői választják el egymástól”.

Hogy ez hogyan játszódhat le a természetben, egyelőre nem teljesen világos. Az is lehetséges, hogy ahogy a csillagokat, neutroncsillagokat és bolygókat alkotó anyag öregszik, előbb-utóbb energiaátmenetet hajt végre egy teljesen új, ultraalacsony energiájú állapotba. Ez elég lehet ahhoz, hogy végül az összes anyag fekete lyukká omoljon össze, amelyek lassan fényt, azaz energiát veszítenek, míg végül nyomtalanul eltűnnek.

Ez is érdekes lehet:

• Stephen Hawking mégsem halt meg? Egyszer már eljátszotta a halálát!