Υπάρχουν τελικά οι μαύρες τρύπες;

Ο Στίβεν Χόκινγκ έχει μια νέα σημαντική θεωρία για τις μαύρες τρύπες, τα περίεργα κοσμικά αντικείμενα που εδραίωσαν την φήμη του ως ο πιο διάσημος επιστήμονας του κόσμου. Πρόσφατα όμως «αναθεώρησε» τις απόψεις του. Τι ακριβώς συμβαίνει; Το New Scientist διευκρινίζει:

Τι ακριβώς είναι μια μαύρη τρύπα;

Καλή ερώτηση. Σύμφωνα με θεωρητικούς φυσικούς, ήταν περιοχές του χωροχρόνου – το υλικό που δημιουργεί το σύμπαν – που έχουν γίνει τόσο πυκνές ώστε η τεράστια βαρύτητά τους να δημιουργεί έναν ορίζοντα γεγονότων,

μέσα από τον οποίο τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να δραπετεύσει. Στη συνέχεια, το 1974, ο Χόκινγκ πρόσθεσε την κβαντομηχανική στην εικόνα της μαύρης τρύπας και πυροδότησε μια διαμάχη που μαίνεται μέχρι σήμερα.

Τι πειράζει λίγη κβαντική;

Η κβαντομηχανική δεν συμβαδίζει με την άλλη σημαντική θεωρία της φυσικής, τη γενική σχετικότητα, γεγονός που καθιστά δύσκολο να κατανοήσεις καταστάσεις στις οποίες και οι δύο σχετίζονται, όπως οι μαύρες τρύπες. Ο Χόκινγκ εφάρμοσε την κβαντική θεωρία για τις μαύρες τρύπες και συνειδητοποίησε ότι δεν είναι αρκετά μαύρες. Αντ ‘αυτού, θα πρέπει να εκπέμπουν μικρές ποσότητες ακτινοβολίας, που τους προκαλούν συρρίκνωση και τελικά εξατμίζονται.

Εντάξει λοιπόν, οι μαύρες τρύπες δεν είναι αθάνατες. Ποιο είναι το πρόβλημα;

Η θεωρία της ακτινοβολίας Χόκινγκ πρότεινε, επίσης, ότι, όταν μια μαύρη τρύπα πεθαίνει, παίρνει τα πάντα μέσα της, αλλά αυτό είναι ένα μεγάλο κβαντικό απαράδεκτο. Η κβαντική φυσική λέει ότι οι πληροφορίες σχετικά με το θέμα δεν καταστρέφονται, ακόμα και όταν πέφτουν σε μια μαύρη τρύπα. Άλλοι θεωρητικοί πρότειναν την επίλυση αυτού του «παράδοξου της πληροφορίας», επιτρέποντας στις πληροφορίες να ξεφύγουν από τη μαύρη τρύπα, καθώς εξατμίζεται. Ο Χόκινγκ διαφώνησε – μέχρι και 30 έτη αργότερα, όταν απέδειξε πώς θα μπορούσε να είναι δυνατό και αναγκάστηκε να χάσει ένα επταετές στοίχημα με έναν άλλον φυσικό (τον Τζον Πρέσκιλ).

Δηλαδή τώρα όλοι συμφωνούν για τις μαύρες τρύπες;

Μακάρι… Τους τελευταίους 18 μήνες, η κοινότητα που ασχολείται με τις μαύρες τρύπες έχει ξεσηκωθεί σχετικά με έναν απόγονο του παραδόξου πληροφοριών, που είναι γνωστό ως το «παράδοξο του τείχους προστασίας». Μια ομάδα με επικεφαλής τον Joseph Polchinski του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα υποστήριξε ότι η πληροφορία που αφήνει μια μαύρη τρύπα θα παράγει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, δημιουργώντας ένα τείχος φωτιάς στον ορίζοντα των γεγονότων, που θα καταναλώνει ό,τι πέφτει μέσα. Αυτό θα σπάσει έναν κανόνα της γενικής σχετικότητας που λέει ότι η διάβαση του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας θα πρέπει να είναι ήσυχη – εξ ου και το παράδοξο.

Είναι ακόμα μια αναμέτρηση κβαντικής – σχετικότητας!

Πράγματι. Το τείχος προστασίας σημαίνει ότι μία από τις δύο αυτές θεωρίες είναι λάθος, κι έτσι οι φυσικοί προσπαθούν να βρουν μια συμβιβαστική λύση η οποία δεν θα παράγει αυτά τα φλέγοντα ζητήματα. Τώρα, ο Χόκινγκ έχει εμπλακεί στο θέμα και λέει ότι η λύση είναι να εγκαταλείψουν αυτό που κάνει τις μαύρες τρύπες τόσο ενδιαφέρουσες, τον ορίζοντα γεγονότων.

Περιμένετε ένα λεπτό… αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσες πραγματικά να δραπετεύσεις από μια μαύρη τρύπα;

Δυνητικά, αν και θα πρέπει πιθανώς να ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός. «Η απουσία οριζόντων γεγονότος σημαίνει ότι δεν υπάρχουν μαύρες τρύπες – με την έννοια των καθεστώτων από τα οποία το φως δεν μπορεί να δραπετεύσει στο άπειρο», γράφει ο Χόκινγκ στο νέο έγγραφό του, το οποίο δημοσιεύτηκε στο διαδίκτυο προ ημερών. Αντ’ αυτού, οι μαύρες τρύπες έχουν «προφανείς ορίζοντες», επιφάνειες που παγιδεύουν το φως, αλλά μπορεί επίσης να διαφέρουν στο σχήμα λόγω των κβαντικών διακυμάνσεων, αφήνοντας το ενδεχόμενο το φως να διαφεύγει.

Είναι οι δύο ορίζοντες πραγματικά τόσο διαφορετικοί;

Είναι ασαφές. Η ιδέα ενός φανερού ορίζοντα δεν είναι εντελώς νέα και ο Χόκινγκ – μαζί με τον Roger Penrose του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης – έχει χρησιμοποιήσει και στο παρελθόν τη γενική σχετικότητα για να αποδείξει ότι οι δύο ορίζοντες είναι στην πραγματικότητα ταυτόσημοι. Στην πιο πρόσφατη εργασία του, υποστηρίζει ότι η κβαντική μηχανική θα μπορούσε να αποκαλύψει ότι είναι διαφορετικοί.

Αυτό είναι λοιπόν το νέο κομμάτι;

Όχι ακριβώς. Η κύρια συμβολή της νέας εργασίας είναι μια προσπάθεια να χρησιμοποιήσει αυτές τις ιδέες για την επίλυση του παραδόξου του τείχους προστασίας. Η αφαίρεση του ορίζοντα γεγονότων επίσης σκοτώνει το τείχος προστασίας. Αυτό κανονικά θα σήμαινε ότι οι κβαντικές πληροφορίες πρέπει να χαθούν – αλλά ο Χόκινγκ λέει ότι δεν χρειάζεται να γίνει έτσι. Προτείνει ότι η δομή μιας μαύρης τρύπας ακριβώς κάτω από τον ορίζοντα είναι χαοτική, γεγονός που καθιστά δύσκολο να κατανοήσουν τις πληροφορίες που παράγονται . Με άλλα λόγια, οι πληροφορίες χάνονται με την έννοια ότι είναι σχεδόν αδύνατο να ερμηνευθούν, αλλά δεν είναι καταστρέφονται πραγματικά. «Θα είναι σαν την πρόγνωση του καιρού στη Γη», γράφει. «Κανείς δεν μπορεί να προβλέψει τον καιρό παρά μόνο μερικές ημέρες νωρίτερα».

Έχει δίκιο; Έχει λυθεί το παράδοξο;

Η εργασία του Χόκινγκ είναι πολύ μικρή, μόλις δύο σελίδες κειμένου χωρίς υπολογισμούς, γεγονός που καθιστά δύσκολο να εξαχθούν ισχυρά συμπεράσματα , αλλά υπάρχει ήδη κάποιος σκεπτικισμός. «Δεν είναι σαφές τι αναμένει να δει ο παρατηρητής», σχολιάζει ο Polchinski. «Ακούγεται σχεδόν σαν να αντικαθιστά το τείχος προστασίας με ένα τείχος- χάος, το οποίο θα μπορούσε να είναι το ίδιο πράγμα». Ο Samuel Braunstein του Πανεπιστημίου του York, ο οποίος έχει εμπλακεί στη σχετική συζήτηση στο παρελθόν, επίσης, δεν είναι πεπεισμένος: «Δεν βλέπω κανένα στοιχείο που να αποδεικνύει ότι πραγματικά αυτό για το οποίο μιλά δεν έχει ένα τείχος προστασίας».

Έχει σημασία το αν ο Χόκινγκ έχει δίκιο;

Εάν οι μαύρες τρύπες είναι όπως τις περιγράφει, θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια καλύτερη κατανόηση της κβαντικής μηχανικής και της γενικής σχετικότητας. «Θα μπορούσαμε να μάθουμε κάποια νέα φυσική, η οποία μπορεί να έχει πραγματικές συνέπειες για τη μη τετριμμένη δομή του σύμπαντος», λέει ο Braunstein. Αλλά επισημαίνει επίσης ότι ίσως και όχι.

Μήπως ο Χόκινγκ κάνει λάθος;

Σε κανέναν δεν αρέσει να κάνει λάθος – και ο Χόκινγκ είναι άνθρωπος. Στα 70ά γενέθλιά του, δήλωσε στο New Scientist ότι θεωρεί πως η ιδέα του ότι οι πληροφορίες από τις μαύρες τρύπες καταστρέφονται, που αργότερα αποδείχθηκε ότι ήταν λάθος, είναι «το μεγαλύτερο σφάλμα του» – στην επιστήμη τουλάχιστον.

http://www.newscientist.com/article/dn24937-stephen-hawkings-new-theory-offers-black-hole-escape.html?full=true#.UuNVUrTQDIU