Közreadták Hawking utolsó tudományos tanulmányát

Napvilágra került Stephen Hawking utolsó tudományos tanulmánya, mely a fizikus 56-éves pályafutásának egyik központi témájával foglalkozik. A tudós mindössze napokkal márciusban bekövetkezett halála előtt fejezte be.

A munka középpontjában az ún. információs paradoxon áll, vagyis az a kérdés, hogy vajon a fekete lyukakban megőrződik-e bármiféle információ a beléjük hulló anyagról. Egyes tudósok szerint minden ilyen információ elpusztul, mások azonban azzal érvelnek, hogy ez ellentmondana a kvantummechanika törvényeinek.

A talány eredete még Einsteinig nyúlik vissza. 1915-ben publikált általános relativitás-elmélete többek között a fekete lyukak vonatkozásában is fontos következtetésekre vezetett, mégpedig arra, hogy egy fekete lyukat mindössze három tényező határoz meg teljesen: a tömeg, az elektromos töltöttség és a perdület. Hawking azonban Albert Einstein munkájának alapján csaknem 60 évvel később kimutatta, hogy a fekete lyukak hőmérséklettel bírnak, és mivel a forró testek hőt adnak le az űr felé, a fekete lyukak sorsa az, hogy idővel elpárolognak – és megszűnnek létezni.

Ez azonban újabb problémát vet fel: a kvantummechanika törvényei szerint világunkban minden információegységekre bontható, például egy sor 1-esre és 0-ra, ráadásul ez az információ elvileg sosem tűnhetne el, még akkor sem, ha egy fekete lyuk szívná magába. Mi történik tehát mindazzal az információval –  mondjuk egy hold atomjainak jellemzőivel – amelyet egy fekete lyukba zuhanó objektum tartalmaz?

A tanulmány egyik társszerzője, Malcolm Perry professzor így  fejtette ki a problémát:

“Ha valami egy fekete lyukba zuhan, az eltűnik. De hogyan is maradhatna fenn az információ, ha végül maga a fekete lyuk is eltűnik?”

Hawking és kollégái azt mutatták ki legutóbbi munkájukban, hogy hogyan maradhat fenn legalább részben. Dobjunk egy tárgyat a fekete lyukba, és a fekete lyuk hőmérséklete elviekben megváltozik. Ezzel együtt pedig entrópiája, azaz belső rendezetlensége is, ami a hőmérséklet emelkedésével fokozódni fog.

A kutatók szerint a fekete lyuk entrópiáját megőrizhetik az eseményhorizontján, azaz azon a pontján lévő fotonok, ahonnan a fény már nem kerülhet ki az erős gravitációs vonzásból. Ezt a fotonréteget nevezik “finom szőrnek”. A tanulmány pedig azt mutatja ki, hogy ez hogyan adhat számot az entrópiáról.

Mindez azonban még nem jelenti az információs paradoxon lezárását. Mint Perry professzor mondja, nem tudni, hogy a Hawking-féle entrópia mindenről számot tud-e adni, ami egy fekete lyukba kerül, de jelentős lépést tettek ennek kiderítése felé – azonban még hosszú út  áll előttük.

Az ismeretlen tényezők közül Perrynek és kollégáinak most azzal kell folytatniuk a kutatást, hogy a finom szőr fizikailag mi módon tárolja az entrópiához kapcsolódó információt, és mi történik mindezzel, amikor a fekete lyuk elpárolog, valamint feltevéseiket igazolniuk is kell valamilyen módon.

Juan Maldacena elméleti fizikus szerint “Hawking arra a következtetésre jutott, hogy a fekete lyukak rendelkeznek hőmérséklettel. Ezt hétköznapi tárgyak esetében úgy értelmezzük, hogy a rendszer mikroszkopikus összetevőinek mozgása révén jön létre. A levegő hőmérsékletét például a molekulái mozgása határozza meg: minél gyorsabban mozognak, annál melegebb a levegő. A fekete lyukak esetében azonban nem egyértelmű, hogy mik lennének ezek az összetevők, és hogy vajon a fekete lyuk horizontjához lehet-e kapcsolni őket. Bizonyos speciális szimmetriákkal rendelkező rendszerek termikus tulajdonságait e szimmetriák révén lehet kikalkulálni. A jelen kutatás szerint a fekete lyukak eseményhorizontjának közelében is fennáll ilyen szimmetria.”

Forrás: https://www.theguardian.com/science

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.