2014-01-14
Kategoria: Wszechświat

Stephen Hawking: nie ma Czarnych Dziur. Rewolucja w fizyce

Stephen-Hawking-Black-Hole

Czarna dziura Cygnus X-1 w gwiazdozbiorze Łabędzia [info 1] [info 2]. Powstała w wyniku zapadania grawitacyjnego masywnej gwiazdy pod koniec jej życia. Widzimy ściąganie materii z sąsiadującego z nią Błękitnego Olbrzyma. (NASA).

Co to są czarne dziury i skąd się w ogóle wzięły?

Robert-Oppenheimer-Snyder-Hartland-thumbW 1939 roku dwaj amerykańscy fizycy – Robert Oppenheimer (ten sam, który później kierował projektem Manhattan, czyli budowy bomby atomowej w USA) oraz Hartland Snyder – po raz pierwszy matematycznie opisali proces grawitacyjnego zapadania się gwiazdy pod własnym ciężarem. Wynikało z niego, że jeśli jest ona odpowiednio masywna, to skurczy się… aż do matematycznego punktu. Tak wynikało z równań Einsteina.

Ten punkt – w którym gęstość i temperatura rosną do nieskończoności – nazwano osobliwością. W pewnej odległości od osobliwości będzie zaś horyzont, spoza którego nic nie jest w stanie się wydostać, nawet światło, gdyż nie pozwoli na to zbyt wielka siła ciążenia.

Hawking odkrywa, że czarne dziury nie są wieczne

Na początku lat 70. za badanie czarnych dziur i osobliwości zabrał się młody doktorant z Cambridge – Stephen Hawking. Ze zdumieniem odkrył, że jeśli się uwzględni fizykę kwantową, to czarne dziury mogą wysyłać promieniowanie cieplne. Nie są więc tak zupełnie czarne, jak to wynika z klasycznej teorii Einsteina. Z jego obliczeń wynikało, iż im mniejsza czarna dziura, tym gwałtowniej “promieniuje”. Małe czarne dziury w ogóle nie zasługują na to, by nazywać je czarnymi – powinny być rozpalone do białości, a nawet mogą wybuchać! “Czarne dziury eksplodują?” – pytał Hawking w tytule swej pracy z 1974 roku.

Paradoks informacyjny dzieli fizyków

Kiedy Hawking odkrył, że czarne dziury nie są wieczne i znikają wraz z całą informacją, która do nich wpadła, fizycy się podzielili. Jedni się z tym godzili (i za Hawkingiem lubili powtarzać, że “Bóg nie tylko gra w kości, ale też czasem gubi je bez śladu w czarnej dziurze”). Inni twierdzili, że to niemożliwe, że gdzieś tu tkwi błąd.

Wysuwano fantastyczne hipotezy – że w czarnej dziurze tworzy się nowy, potomny wszechświat i oddziela od naszego, a więc informacja przechodzi do innego świata. Albo że czarna dziura nie wyparowuje do końca. Pozostaje po niej “ogryzek”, tzw. infanton, który jest czymś w rodzaju hologramu mieszczącego całą pamięć czarnej dziury.

Pierścień ognia

Joseph-Polchinski-thumbPrzed dwoma laty nastąpił kolejny przełom w dyskusji o czarnych dziurach. Joseph Polchinski (kontakt) i jego współpracownicy, doktoranci z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara wyliczyli, że jeśli nawet z czarnej dziury “ulatnia” się informacja w postaci promieniowania Hawkinga, to efektem ubocznym takiego “wycieku” musi być “pierścień ognia” wokół horyzontu czarnej dziury. Śmiałek, który by chciał przekroczyć horyzont czarnej dziury, zostałby momentalnie spopielony przez niewyobrażalny żar.

To tylko pogłębiło zagadkę. Teoria Einsteina nie przewiduje bowiem żadnej ściany ognia wokół czarnej dziury. Przekraczając horyzont, nie powinniśmy zauważyć niczego podejrzanego. Dopiero gdy czeluść wciągnie nas głębiej, grawitacja rozciągnie nasze członki jak ciasto na spaghetti. Komórki, cząsteczki, atomy, kwarki, każdy najmniejszy składnik materii, z którego jesteśmy zbudowani, zostaną zamienione w makaron o nieskończonej długości, bo zgodnie z teorią względności czarna dziura jest studnią bez dna. Ale na progu tej studni nie powinno być żadnego pierścienia ognia.

W ten sposób Joseph Polchinski przekształcił zagadkę zagubienia informacji w czarnych dziurach w bardziej widowiskowe pytanie: jaki los spotka śmiałka, który wskoczy do czarnej dziury? Czy z miejsca spali się na popiół, czy też zginie na skutek rozerwania członków, jak ofiara madejowego łoża?

Jeśli informacja wydostaje się z czarnej dziury, to śmiałek spłonie, ale jednocześnie trzeba pożegnać się z teorią Einsteina i wymyślić nową. Jeśli zaś informacja ginie, to śmiałek się nie spali na popiół, ale wtedy także jesteśmy na bakier z obecnymi zasadami fizyki (bo jest łamana zasada unitarności).

Obecna hipoteza Hawkinga rozwiązuje także i ten problem – jeśli nie ma horyzontu zdarzeń, to nie będzie też tej dziwnej ściany ognia wokół czarnej dziury. Pozostaje pytanie, czy słynny fizyk, który 8 stycznia 2014 r. skończył 72 lata, ma rację (ten genialny fizyk mylił się wiele razy).

Niejeden z naukowców sam by wskoczył w czarną czeluść, żeby osobiście przekonać się, jaka jest prawda, ale najbliższy kandydat na czarną dziurę znajduje się w odległości 1600 lat świetlnych.

Na czym polega “paradoks informacyjny” czarnych dziur
czyli o co się spierają fizycy?

Najlepiej oddaje go anegdotyczna historia zaciętej rywalizacji profesorów ZrzędyGulasza, opowiedziana przed laty przez fizyka Leonarda Susskinda.

Spór tych fikcyjnych uczonych przekroczył granice zdrowego rozsądku. Powodowany zazdrością Gulasz wysadził w powietrze wehikuł czasu profesora Zrzędy, w którym ten przewoził matematyczny wzór o wprost bezcennej wartości. Wzór więc po prostu wyparował – zmienił się w chmurę elektronów, nukleonów i fotonów.

Później w sądzie Zrzęda skarżył rywala: – To, co ten głupiec zrobił, to nieodwracalna zbrodnia! Wzór został na zawsze stracony.

– Nonsens – bronił się Gulasz. – Informacja nigdy nie może być zniszczona. Jest pan po prostu leniem. Wystarczy znaleźć każdą najmniejszą cząstkę pozostałą z eksplozji i odwrócić jej ruch. Prawa natury są symetryczne względem czasu, tj. odwracalne, więc z powrotem odtworzy pan dokument wraz ze swoim idiotycznym wzorem.

Wezwani na świadków fizycy potwierdzili jego słowa i Gulasz wygrał.

Ale Zrzęda zemścił się okrutnie. Ukradł komputer rywala, na którym zapisane były jego ulubione przepisy kulinarne, i… wrzucił go do czarnej dziury.

W sądzie Gulasz nie mógł przeboleć straty. – Nie ma żadnego sposobu, by odzyskać przepis na mój ulubiony stek. Przepadł na zawsze w czarnej dziurze, skąd już nie ma powrotu…

– Sprzeciw, wysoki sądzie! – podniósł się na to Zrzęda. – Stephen Hawking w latach 70. udowodnił, że czarne dziury parują, tj. emitują promieniowanie cieplne. Wskutek tego znikną w ciągu wielu miliardów lat, ale Gulasz będzie mógł wziąć promieniowanie, jakie po nich pozostanie, i z niego odtworzyć wszystko to, co zginęło niegdyś w trzewiach czarnej dziury.

– Bzdura! – rzekł Stephen Hawking wezwany na świadka (a poparło go też wielu innych fizyków). – Faktycznie odkryłem, że czarne dziury w ten sposób parują, ale ich cieplne promieniowanie – oprócz informacji o temperaturze czarnej dziury – nie zdradza absolutnie niczego więcej. Informacja o tym, co wpadło do wnętrza tych tworów, ginie już na zawsze.

– To nieprawda! – kontrował kolejny świadek, Gerard t Hooft, noblista z Utrechtu (a poparło go wielu innych fizyków). – Informacja nigdy nie może zginąć bez śladu.

Sąd do tej pory nie rozstrzygnął sprawy.

Piotr Cieśliński

Stephen-Hawking-Abell-1367

Na powiększeniu: zdjęcie, opublikowane w 2011 r. przez profesorów Chung-Pei Ma i Karla Gebhardta z Obserwatorium Gemini uświadamia, jak ogromny rozmiar mają Czarne Dziury. Tło pokazuje najjaśniejszą galaktykę w klastrze Abell 1367, w której środku jest jedna dwóch zaobserwowanych Czarnych Dziur. Horyzont zdarzeń jest kilka razy większy niż orbita Plutona. Układ Słoneczny byłby za mały, by go zobaczyć na tym zdjęciu.

Prof. Chung-Pei Ma (kontakt)
Prof. Karl Gebhardt (kontakt)
Artykuł o Czarnych Dziurach w klastrze Abell 1367: Obserwatorium Gemini

Źródło: Wyborcza.pl, Oryginał: Nature.com
Zobacz też: Krótka historia Stephena Hawkinga czyli Geniusz prywatnie

12

O Autorze

 > John Lennon „Imagine”: Imagine there’s no Countries... Imagine no Possession... Nothing to Kill or Die For... And no Religion too... No Need for Greed or Hunger... A Brotherhood of Man... (Niestety, John, dziś żyjemy w innym świecie. Twoje idee, lepsze czy gorsze, zostały wypaczone). Mahatma Gandhi: Na początku cię ignorują. Potem śmieją się z ciebie. Następnie z tobą walczą. W końcu wygrywasz • Siedem grzechów społecznych: polityka bez zasad, bogactwo bez pracy, przyjemność bez sumienia, wiedza bez osobowości, wiara bez poświęcenia, nauka bez człowieczeństwa oraz handel bez moralności • Religie to różne drogi prowadzące do tego samego celu. Jakaż to jest różnica, którą z nich wybierzemy? Jaki cel więc mają te kłótnie między nami? • Słabi nigdy nie potrafią przebaczać. Przebaczenie jest cnotą silnych • Jakże wielkiej daniny grzechu i błędów wymaga od człowieka bogactwo i władza • Nie znam większego grzechu niż uciskanie słabszych w imieniu Boga • Jest wiele powodów, dla których mogę być przygotowany na śmierć, ale nie ma żadnego, dla którego gotów byłbym zabić. Albert Einstein: Nie ma rzeczywistości samej w sobie, są tylko obrazy widziane z różnych perspektyw • Gdy miałem dwadzieścia lat, myślałem tylko o kochaniu. Lecz później kochałem już tylko myśleć • Tylko dwie rzeczy są nieskończone: wszechświat i ludzka głupota. Co do tej pierwszej istnieją jednak pewne wątpliwości • Nauka bez religii jest kaleka, religia bez nauki jest ślepa • Jestem bardzo głęboko religijnym niewierzącym • Gospodarcza anarchia społeczeństwa kapitalistycznego w jego dzisiejszej formie jest, moim zdaniem, prawdziwym źródłem zła • Wszyscy wokół wiedzą, że czegoś nie da się zrobić. I wtedy pojawia taki, który o tym nie wie, i on właśnie to coś robi • Nie wiem, jaka broń będzie użyta w trzeciej wojnie światowej, ale czwarta będzie na maczugi.



SKOMENTUJ

Zaloguj się i napisz komentarz.

Ruch Lotniczy nad Ziemią 24H

Artykuły w Kategoriach:

Poznaj Chiny

Pogoda

Warszawa
2018-04-24, 03:05
Częściowo pochmurno
13°C
Odczuwalna: 9°C
Ciśnienie: 1010 mb
Wilgotność: 93%
Wiatr: 3 m/s WNW
Prognoza: 2018-04-24
dzień
Przeważnie pochmurnie
19°C
noc
Pochmurnie
10°C
 

Teleskop Hubble'a