Stephen Hawking: Det finns inga svarta hål

svart hålsimulering, kommenterad

Denna kommenterade bild märker flera funktioner i simuleringen, inklusive händelsehorisonten för det svarta hålet. (Bildkredit: NASA: s Goddard Space Flight Center/J. Schnittman, J. Krolik (JHU) och S. Noble (RIT))





Om att läsa ett nytt papper av Stephen Hawking som dök upp online i veckan, skulle du ha blivit förlåten när du trodde att den världsberömda brittiska fysikern lurade oss. Hawkings opublicerade verk - med titeln ' Informationskonservering och väderprognoser för svarta hål 'och laddade upp till arXiv -förtryckstjänsten - förklarar att' det finns inga svarta hål . '

ANALYS: Hawking: Great Scientist, dålig spelare

Tänk på att Hawkings berggrundsteori om förångning av svarta hål revolutionerade vår förståelse av att gravitationstankarna inte är odödliga; genom en kvantkänsla läcker de partiklar (och därför massa) via 'Hawking -strålning' över tid. Dessutom hittar astronomer nya och spännande sätt att upptäcka svarta hål - de arbetar till och med på ett interferometernätverk som snart kan kunna direkt avbilda ett svart håls händelsehorisont !



Professor Stephen Hawking talar om

Professor Stephen Hawking talar om 'Why We Should Go to Space' för NASA -föreläsningsserien, 21 april 2008.(Bildkredit: NASA/Paul Alers)

Har Hawking ändrat sig? Är svarta hål bara en bild av vår kollektiva fantasi? Är alla dessa vevteorier om 'alternativa' teorier om kosmos sanna ?!



Lyckligtvis inte.

Stephen Hawking har inte ändrat uppfattning om hela det svarta hålet, men han har kastat en komplex fysikparadox i rampljuset, en som har gnagit i hjärtat av teoretisk fysik under de senaste 18 månaderna.

svarta hålpartiklar som rymmer



Svarta hål är konstiga områden där tyngdkraften är tillräckligt stark för att böja ljus, skeva utrymme och förvränga tiden. [Se hur svarta hål fungerar i denna guesswhozoo.com -infografik.]

Svarta hål är konstiga områden där tyngdkraften är tillräckligt stark för att böja ljus, skeva utrymme och förvränga tiden. [Se hur svarta hål fungerar i denna guesswhozoo.com -infografik.](Bildkredit: Karl Tate, guesswhozoo.com -bidragsgivare)

Black Hole Fight Club

Allt beror på en konflikt mellan två grundläggande idéer i fysiken som styr själva universums struktur; sammandrabbningen av Einsteins allmänna relativitet och kvantdynamik. Och det är bara så att den extrema miljön i och runt ett svart hål gör den perfekta 'fight club' för de två teorierna att duka ut det. Men vad är den första regeln för black hole fight club? Tala inte om brandväggen, så att du inte dras in i ett argument med en teoretisk fysiker.

VIDEO: Hawking: Vi måste lämna jorden

Vid en California Institute of Technology (Caltech) föreläsning i april 2013 , Hawking och andra framstående teoretiska fysiker hade möjlighet att beskriva problemet. Caltechs Kip Thorne beskrev till exempel brandväggsparadoxen som 'en brinnande fråga i teoretisk fysik.'

Själva grunden för denna brinnande fråga är det som gör svarta hål svarta - händelsehorisont . I sin mest grundläggande form är händelsehorisonten för ett svart hål den punkt vid vilken inte ens ljus kan undkomma gravitationskopplingarna hos den massiva svarthåls singulariteten. Om ljus inte kan fly, är det rimligt att det kommer att se ut som en svart sfär i rymden. Det är en kosmisk enkelriktad gata: allt går in, ingenting kommer ut.

En olycklig astronaut

I det allmänna relativitetens universum, för en astronaut som hade olyckan att falla mot ett svart hål, skulle han eller hon inte märka något obehagligt när de passerade över händelsehorisonten. Det skulle vara en ganska fredlig händelse, inget drama. 'Även om du senare är dömd och du kommer att stöta på mycket starka gravitationskrafter som kommer att dra dig isär', konstaterade Caltech -fysikern John Preskill vid Caltech -evenemanget 2013. [De konstigaste svarta hålen i universum]

Kvantuniversum motsäger emellertid denna 'no drama' händelsehorisontidé som förutspås av allmän relativitet.

År 2012 avslöjade en grupp fysiker under ledning av Joseph Polchinski vid University of California i Santa Barbara deras konstaterande att om svarta hål verkligen inte förstör information - en ståndpunkt som Hawking själv motvilligt förespråkar - och att information kan fly från det svarta hålet genom Hawking -strålning, det måste finnas ett rasande inferno precis innanför evenemangshorisonten som de kallar 'brandväggen'.

I det här fallet, snarare än att hamna i en 'ingen dramatisk' händelsehorisont, blir vår olyckliga astronaut bränd till ett skarpt innan vi slits sönder av tidvattenskjuvning. Detta är själva motsatsen till 'inget drama' och därför en paradox.

ANALYS: Death By Black Hole Firewall Incineration It Shall Be

Denna uppenbara konflikt mellan vad allmän relativitet förutspår och vad kvantdynamik förutspår - två mycket etablerade områden inom fysiken - är just vad teoretiska fysiker försöker förstå. Detta verkar vara ännu en situation där tyngdkraft och kvantdynamik inte spelar bra vars lösning kan förändra vårt sätt att se universum.

Så när Hawking, en av nyckelspelarna i den stora brandväggsdebatten, skriver en kort uppsats om ämnet (oavsett om det har publicerats eller inte) noterar världen det.

Hawkings lösning på paradoxen tar bort det svarta hålets händelsehorisont och tar därmed bort paradoxen; ingen händelsehorisont, ingen brandvägg. Men vi får veta att alla svarta hål har händelsehorisonter - gränsen du inte kan korsa eller för alltid gå vilse i det svarta hålet - vad ger? [No Escape: How Black Holes Work (Infographic)]

Hawking tycker att tanken bakom evenemangshorisonten måste bearbetas. Istället för att händelsehorisonten är en bestämd linje utöver vilken inte ens ljus kan komma undan, åberopar Hawking en 'skenbar horisont' som ändrar form beroende på kvantfluktuationer inuti det svarta hålet - det är nästan som ett 'grått område' för extrem fysik. En uppenbar horisont skulle inte kränka varken allmän relativitet eller kvantdynamik om regionen strax utanför den skenbara horisonten är en trasslig, kaotisk informationsröra.

NYHETER: Spooky Connection: Wormholes and the Quantum World

'Således, precis som väderprognoser på jorden, kommer information effektivt att gå förlorad, även om det inte skulle förlora enhetlighet', skriver Hawking. Detta betyder i grunden att även om informationen kan fly från det svarta hålet, säkerställer dess kaotiska natur att den inte kan tolkas, utan att undvika brandväggsparadoxen tillsammans.

Det behöver inte sägas att detta dokument har gjort lite för att övertyga Polchinski. 'Det låter nästan som att (Hawking) ersätter brandväggen med en kaosvägg, vilket kan vara samma sak,' sa han till New Scientist .

Mycket av den teoretiska debatten är svår att förstå och resultatet av beräkningar av fysiska händelser som vi omöjligt kan uppleva i våra dagliga liv. Men missförstå inte just den här debatten som enbart ett högaktat argument i den teoretiska fysikgemenskapen. Dess grundvalar är förankrade i det växande obehaget som vi upplever med den överensstämmelse mellan allmän relativitet och kvantdynamik (särskilt vilken roll gravitation spelar i kvantvärlden), ett problem som inte kan lösas med vår nuvarande förståelse av universum.

Det är trots allt dessa vetenskapsproblem som vi bygger partikelacceleratorer på flera miljarder dollar för.

Källa: Nature News

Denna artikel tillhandahålls av Discovery News .