Hawking szerint nincs eseményhorizont

Stephen Hawking legújabb elmélete szerint a fekete lyukak közel sem állandóak, és adott körülmények közt bármi távozhat belőlük.

Hawking szerint nincs eseményhorizont

1. oldal

Érdekes tanulmánnyal állt elő Stephen Hawking, a világhírű fizikus legújabb elmélete szerint fekete lyukak nem olyanok, ahogy eddig elképzeltük őket. A Cambridge kutatójának elképzelése azért is érdeklődésre tarthat számot, mivel a fekete lyukak modern teóriájának egyik atyja nyilvánít véleményt a kérdésben. Ha pedig a rejtélyes égitestek egyik legnagyobb szakértője is úgy véli, hogy a fekete lyukakról alkotott kép jelentős átalakításra szorul, lehet némi alapja a dolognak.

Hawking új elméletének fő témája az eseményhorizont léte vagy nemléte: a kutató szerint erősen problematikusnak tekinthető egy olyan határfelület létezése, amelyen keresztül semmi, még a fény sem képes elszökni. A fekete lyukakkal kapcsolatos jelenleg elfogadott elméletek szerint minden hasonló objektumot egy eseményhorizont vesz körül, amelyen belül olyan erős a gravitáció hatása, hogy a szökési sebesség meghaladja a fénysebességet. Mivel a relativitáselmélet értelmében semmi sem lehet gyorsabb a fénynél, a távozáshoz szükséges sebességet semmi sem képes átlépni, így a fekete lyuk eseményhorizontja mögül semmi sem tud távozni.

Hawking szerint eseményhorizont helyett szerencsésebb lenne egy úgynevezett „látszólagos” határfelületről beszélni, amely ideiglenesen valóban csapdába ejti az anyagot és az energiát, később azonban erősen átformálva ezek egy részét képes útjára engedni. „A klasszikus elmélet értelmében a fekete lyukból semmi nem távozhat” – mondja Hawking. A kvantumelmélet alapján viszont energia és információ is elszökhet ezen égitestektől. A folyamat teljeskörű megértéséhez persze továbbra is szükség lenne annak az egyesített elméletnek a megalkotására, amely mind a négy alapvető kölcsönhatás, köztük a gravitáció egységes elméleti keretek közt történő leírására is alkalmas. A fizikusok lassan száz éve próbálkoznak ennek megalkotásával, egyelőre azonban nem úgy tűnik, hogy a közeljövőben megoldás születik a problémára.

A fekete lyukak az elfogadott elképzelések értelmében a téridő olyan helyei, amelyek óriási sűrűségük révén gigantikus erejű gravitációs teret hoznak létre maguk körül. A kvantummechanikát maga Hawking keverte bele a kérdéskörbe 1974-ben, olyan problémákat vetve fel ezzel, amelyeket máig nem sikerült megoldani. A részecskeszinten zajló történéseket leíró elmélet és az általános relativitáselmélet közt több ponton is gondok akadnak, ami megnehezíti azon szituációk megértését, ahol mindkettőt figyelembe kellene venni. A fekete lyukak pedig pontosan ebbe a kategóriába esnek. Amikor Hawking a kvantumelméletet alkalmazta a fekete lyukakra, rájött, hogy azok nem feltétlenül teljesen feketék: minimális mértékű sugárzást bocsátanak ki magukból (Hawking-sugárzás), így lassan tömeget veszítenek, és idővel teljesen elpárolognak.

A Hawking-sugárzás elmélete értelmében amikor egy fekete lyuk megszűnik létezni, vagyis a teljes tömegét energia formájában kisugározta, minden elnyelt információt is magával visz. Ez viszont nem fér össze a kvantumelmélettel. Az információs paradoxon megoldására azóta sokan kínáltak megoldást, egyesek szerint például az információ is képes lehet megszökni a fekete lyukakból. Hawking maga is erre a következtetésre jutott harminc évvel elmélete publikálását követően.

Az információs paradoxon története azonban ezzel nem ért véget, másfél évvel ezelőtt ugyanis ennek „romjain” született meg a tűzfal paradoxon, amelyet a Kavli Intézet egyik kutatója, Joseph Polchinski alkotott meg. Lényegileg a következőről van szó: Képzeljük el, hogy egy űrhajós túlságosan közel kerül egy fekete lyukhoz, és belehullik abba. Az eseményhorizont léte Einstein általános relativitáselméletének matematikai következménye, ahogy arra Karl Schwarzschild német csillagász felhívta a figyelmet kevesebb mint egy hónappal az elmélet 1915-ös publikálását követően. Ennek értelmében űrhajósunk észrevétlenül siklana át az eseményhorizonton, nem is sejtve, hogy többé nincs számára menekvés, majd egyre közelebb kerülve a központi tömeghez spagettiszerűen megnyúlna, majd becsapódna az óriási sűrűségű magba.

2. oldal

Polchinski kutatócsoportja azonban rájött, hogy amennyiben a kvantummechanika törvényeit is figyelembe veszik, a szituáció nem folyhat le az előzőekben megfogalmazott módon. Az eseményhorizont ugyanis az elszivárgó információ következtében egy nagyon nagy energiájú területté, „tűzfallá” válik, amely szénné égeti a rajta áthaladó űrhajóst. Ez azért problematikus, mert az általános relativitáselmélet értelmében teljesen mindegy, hogy egy objektum a galaxisok közti űrben lebeg, vagy egy fekete lyuk felé hullik, egyforma fizikai törvények vonatkoznak rá, vagyis az eseményhorizontnak elviekben teljesen észrevétlennek kellene lennie.

Hawking írásában egy harmadik, rendkívül elegáns és egyszerű megoldási javaslattal állt elő. A tanulmányt január 22-én tette közzé az arXiv szerverén, és az Információ-megőrződés és időjárás-előrejelzés fekete lyukak számára címet adta a munkának. Az írás a fizikus egy 2013 augusztusában elhangzott előadásán alapul, amelyet a kaliforniai Kavli Intézetben tartott. Hawking szerint mind a kvantum-, mind a relativitáselméletet kielégíti, ha feltételezzük, hogy a fekete lyukaknak nincs eseményhorizontjuk.

Ehelyett látszólagos horizonttal rendelkeznek, amely csapdába ejti a fény és az anyag nagy részét, ugyanakkor kvantumfluktuációi következtében folyamatosan változtatja alakját, így bizonyos dolgok elszökhetnek belőle. Ezen határfelület alatt rendkívüli káosz uralkodik, ami szinte lehetetlenné teszi az elszökő információ értelmezését. Másképp fogalmazva, az információ jelentős része valóban elveszik, hiszen képtelenség értelmezni, ugyanakkor nem semmisül meg. „Olyan, mintha az időjárást próbálnánk előre jelezni a Földön” – mondja Hawking. „Pár napon túl minden egyre bizonytalanabbá válik.”

Egy ilyen jellegű határfelület a kutató elmondása szerint kiiktatja a képből a mindent felemésztő tűzfalat, bár az nem egészen világos a rövidke tanulmányból, hogy ezt pontosan mivel indokolja a szerző. Polchinski értelmezése szerint Hawking a tűzfalat egyszerűen egy káoszfalra cseréli, az azonban nem tiszta, hogy ez a két határfelület miben különbözik egymástól, ami az energiákat illeti.

A kétfajta határfelület közti legjelentősebb eltérés abban mutatkozik, hogy a látszólagos horizont idővel megszűnhet létezni, vagyis Hawking megnyitja az utat egy új, mindeddig lehetetlennek tűnő elképzelés felé, miszerint a fekete lyukból bármi távozhat. A látszólagos horizont eltűnése feltehetően a fekete lyuk tömegvesztésével lehet kapcsolatban, bár a kutató ennek feltételeit sem fejti ki részleteiben. Vélhetően arról van szó, hogy ha a fekete lyuk anyaga nagy részét kisugározta, a horizont megszűnik létezni, vagyis minden korábban elnyelt és nem távozó dolog újra hozzáférhetővé válik, bár jelentősen más állapotban, mint elnyelődése előtt.

Raphael Bousso, a Kaliforniai Egyetem kutatója szerint Hawking új elmélete is jelzi, hogy a tűzfalak esetleges létezése mennyire problémás pontja fekete lyukak fizikájának. Hawking megoldási javaslata azonban, ha lehet, még több kérdést vet fel. „Annak felvetése, hogy a fekete lyukból bármi elszökhet sok szempontból még radikálisabb, még problematikusabb, mint a tűzfal paradoxon” – mondja a szakértő. „Az a tény viszont, hogy negyven évvel Hawking első fekete lyukakról és az információs paradoxonról szóló tanulmányát követően, még mindig ugyanarról vitatkozunk, jelzi, hogy milyen fontos kérdésekről van szó.”

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward