Găurile negre se evaporă cu adevărat – și de unde știm?

În 1974, Stephen Hawking a prezentat o idee intrigantă: folosind principiile fizicii cuantice, el a prezis că, deși nimic nu ar trebui să scape de o gaură neagră. orizontul evenimenteloraceste fiare cosmice pot de fapt emite particule. Și prin ejectarea acestor particule, găurile negre se vor micșora pe o perioadă foarte lungă de timp, în cele din urmă se vor evapora și eventual să explodeze.

Hawking a stârnit o dezbatere care a continuat de mai bine de 50 de ani. Ideea că găurile negre se evaporă pune două principii fundamentale ale fizicii – relativitatea generală și mecanica cuantică — în conflict.

Dar, presupunând că Hawking și alții au dreptate, cum s-ar evapora o gaură neagră, fără a lăsa nimic în urmă? Înainte de a explora această idee uluitoare, este important să știm că fizicienii teoreticieni încă dezbat cum este posibil. Dar în ultimele decenii, au apărut o serie de explicații potențiale pentru modul în care găurile negre par să sfideze regulile universului nostru prin dispariție.

„Ne-am petrecut ultimii 50 de ani luptându-ne pentru asta”, Daniel Harlowun fizician la MIT, a declarat pentru Live Science. „Aș spune că acum înțelegem mult mai bine decât a făcut-o Hawking”.

Înrudit: Ar putea o gaură neagră să devore universul?

Albert Einstein a prezis existența gauri negre în 1915 cu teoria sa a relativitatea generalăcare explică cum gravitația este o proprietate a curburii spațiu-timpului. Pe baza acestei teorii, găurile negre sunt obiecte cu multă masă comprimată într-o zonă singulară, unde gravitaţie este atât de puternic încât nici măcar lumina nu poate scăpa de atracție.

„Potrivit relativității generale, totul poate intra doar în interior [a black hole] și nimic nu poate ieși vreodată”, a spus Heino Falckeun astrofizician la Universitatea Radboud din Olanda care a fost implicat în capturarea prima imagine a unei găuri negre în 2019. „Tot ce este aruncat este complet zdrobit într-un punct.”

Dar aproximativ 60 de ani mai târziu, a lui Hawking calculele a arătat că poate nu totul este zdrobit de găurile negre. În mecanica cuantică, perechile de particule – particule și antiparticule – clipesc în și ies din existență. Aceste particule de obicei se anulează reciproc.

Dar Hawking a susținut că fluctuațiile câmpurilor la orizontul evenimentelor, „punctul fără întoarcere” al unei găuri negre dincolo de care nimic nu poate scăpa, înseamnă că aceste particule nu se anulează întotdeauna: una dintre acele particule poate fi aspirată în gaura neagră, în timp ce celălalt este aruncat în spațiu, lăsând în urmă un nor numit radiație Hawking. Pe măsură ce tot mai multe particule sunt ejectate, găurile negre încep să piardă energie și masă și în cele din urmă dispar, conform acestei teorii.

Acest proces ar fi foarte lent. O gaură neagră cu o masă de soare ar putea lua 10^67 ani să se evapore complet — mai mult decât vârsta actuală a universului. Și oamenii de știință nu au găsit încă dovezi pentru acest lucru; găurile negre par să nu elibereze radiații termiceceea ce înseamnă că radiația Hawking ar putea să nu fie detectabilă. Unii oameni de știință încearcă să arunce o privire asupra acestei radiații evaporabile în laboratoare și pe găurile negre minuscule, care se presupune că se evaporă mai repede decât ar face-o cele din galaxia noastră.

Paradoxul găurii negre

Cu toate acestea, ideea lui Hawking are câteva avertismente care duc la întrebări confuze. Evaporarea introduce o enigmă numită paradoxul informației găurii negre. Dacă o gaură neagră se evaporă și dispare, particulele pe care le lasă în urmă lipsesc informații despre starea inițială a materiei. Acest lucru încalcă un concept de bază în fizică – că un sistem într-un moment în timp ar trebui să-și determine sau să reflecte starea sa într-un altul – cunoscut și sub numele de predictibilitate.

Oamenii de știință încă dezbat cum să rezolve acest paradox. „Lucrul uimitor despre paradoxul lui Hawking este că orice rezolvare a acestuia presupune să renunți la un principiu sacru al fizicii”, a spus Harlow. Soluția lui Hawking a fost să renunțe la predictibilitate, așa cum el deplâns într-o lucrare din 1976.

Unii fizicieni examinează legile din jurul termodinamicii pentru a rezolva această discrepanță și modul în care entropia afectează informațiile cuantice. Un alt grup de fizicieni examinează localitatea, principiul conform căruia obiectele sunt influențate direct doar de împrejurimile lor imediate. Ei cred că paradoxul informației poate fi rezolvat prin ceva numit nonlocalitate cuantică – ideea că particulele din interiorul unei găuri negre își împărtășesc starea cuantică cu particulele corelate din afara acesteia.

În ciuda progresului în înțelegerea evaporării găurii negre, misterele continuă să se adune. Într-un studiu din 2023 în jurnal Scrisori de revizuire fizicăFalcke și colegii au susținut că paradoxul informațional nu poate fi limitat la găurile negre. Prin rederivarea calculelor lui Hawking, echipa a propus că toate obiectele ar putea avea aceeași problemă. Toate lucrurile se pot evaporaadâncind astfel puzzle-ul.

„Există ceva în lume pe care nu-l putem explica”, a spus Falcke. „Dar, știi, creând mai multe mistere, s-ar putea să fim de fapt cu un pas mai aproape de o soluție în cele din urmă.”

Alice Sun este o jurnalistă științifică cu sediul în Brooklyn. Ea acoperă o gamă largă de subiecte, inclusiv ecologie, neuroștiințe, științe sociale și tehnologie. Lucrarea ei a apărut în Audubon, Sierra, Inverse și multe altele. Pentru diploma de licență, ea a studiat biologia mediului la Universitatea McGill din Canada. Ea are, de asemenea, o diplomă de master în știință, sănătate și raportare de mediu de la NYU.