Kuukausi sen jälkeen, kun Stephen Hawking ja hänen kollegansa julkaisivat paperin mustista reikistä, fyysikot yrittävät edelleen päästä yksimielisyyteen. Jotkut kertovat hänen viimeisimmän teoksensa tuoreena tapana ratkaista mustan aukon palapeli; toiset ovat epävarmoja hänen auktoriteetistaan. Entinen kannattaa ennakkopainan väitettä, että se tarjoaa lupaavan tavan ratkaista ns. Mustan aukon tietoparadoksin mysteeri, jonka Hawking päätteli yli 40 vuotta sitten.
"Mielestäni on yleistä jännitystä, että voimme katsoa tuttuja asioita eri tavalla, päästä umpikujaan", sanoo Cambridgessa sijaitsevan Harvardin yliopiston fyysikko Andrew Strominger, joka on yksi viimeisimmistä teoksista. Strominger esitteli työnsä tulokset 18. tammikuuta 2016 Cambridgen yliopistossa, jossa Hawking sijaitsee.
Monet eivät ole vakuuttuneita siitä, että tämä lähestymistapa voi ratkaista paradoksin, vaikka he myöntävätkin, että se valaisee erilaisia fysiikan ongelmia. 70-luvun puolivälissä Hawking huomasi, että mustat aukot eivät ole täysin mustia, mutta säteilevät vähän. Kvantfysiikan mukaan kvanttiheilahteluista, jotka sijaitsevat juuri tapahtumahorisontin ulkopuolella - mustan aukon palautumisen pisteen ulkopuolelle - tulisi muodostua paria hiukkasia. Jotkut näistä hiukkasista jättävät mustan aukon painovoiman, mutta kuluttavat osan massastaan, jolloin musta reikä supistuu hitaasti ja lopulta katoaa.
Vuonna 1976 julkaistussa lehdessä Hawking ilmoitti, että pakenevilla hiukkasilla - jotka tunnetaan nyt nimellä Hawkingin säteily - olisi täysin satunnaisia ominaisuuksia. Seurauksena on, että kun musta reikä katoaa, siihen tallennettu tieto häviää maailmankaikkeudelle. Mutta tämä tulos ei sovi fysiikan lakiin, jonka mukaan tiedot, kuten energia, säilyvät, mikä synnyttää paradoksin. "Tämä työ on aiheuttanut teoreettisille fyysikoille enemmän unettomia öitä kuin mikään muu historiallinen työ", Strominger muisteli.
Hän selitti, että se oli virhe jättää tyhjän tilan mahdollisuus tiedon kuljettamiseen. Hän tulee teoksessaan Hawkingin ja myös Cambridge Universityn kolmannen kirjoittaja Malcolm Perryn kanssa pehmeisiin hiukkasiin. Nämä ovat fotonien, hypoteettisten hiukkasten, joita kutsutaan gravitoneiksi, ja muiden hiukkasten vähäenergiset versiot. Viime aikoihin asti niitä käytettiin pääasiassa laskelmiin hiukkasfysiikassa. Mutta kirjoittajat huomauttavat, että tyhjössä, jossa musta reikä sijaitsee, ei tarvitse olla hiukkasia - vain energiaa - ja siksi pehmeät hiukkaset voivat olla siinä nollaenergiatilassa.
Kaikki, mikä kuuluu mustaan aukkoon, he jatkavat, jättävät jäljennöksen - jäljennöksen näihin hiukkasiin. "Jos olet tyhjiössä ja hengität - oletetaan, että hengität paljon pehmeitä gravitoneja", Strominger sanoo. Tämän häiriön jälkeen tyhjiö mustan aukon ympärillä muuttuu ja tiedot tallennetaan lopulta.
Artikkelissa jatketaan ehdotusta mekanismista näiden tietojen siirtämiseksi mustaan reikään - mikä teoreettisesti ratkaisee paradoksin. Tätä varten kirjoittajat laskivat, kuinka tiedot dekoodattiin tapahtumahorisontin kvanttikuvauksessa, joka tunnetaan nimellä "mustan aukon hiukset".
Mainosvideo:
Hankala siirtyminen
Siitä huolimatta työ ei ole kaukana valmista. Pennsylvanian yliopistossa University Parkissa tutkittava painovoima Abhay Ashtekara sanoo, että hänen mielestään kirjoittajien menetelmä välittää tietoa mustaan aukkoon ("pehmeät hiukset") vakuuttamatta. Ja kirjoittajat myöntävät, että he eivät vielä tiedä, kuinka nämä tiedot voitaisiin myöhemmin siirtää Hawkingin säteilyllä, ja tämä on seuraava seuraava vaihe.
Stephen Avery, Rhode Islandin Providencen Brown-yliopiston teoreettinen fyysikko, suhtautuu epäilevästi tämän lähestymistavan mahdollisuuteen ratkaista paradoksi, mutta hän uskoo ehdottomasti, että se laajentaa pehmeiden hiukkasten merkitystä. Hän huomauttaa, että Strominger huomasi, että pehmeät hiukkaset paljastavat hienojen symmetrioiden tunnetuista luonnonvoimista, "joista osa on meille tiedossa ja jotkut ovat uusia".
Muut fyysikot suhtautuvat optimistisemmin tämän menetelmän mahdollisuuksiin ratkaista tietoparadoksi. Sabine Hossenfelder saksalaisesta syventävästä tutkimuslaitoksesta sanoo, että "pehmeiden hiuksien" tulokset yhdessä oman tutkimuksensa kanssa voisivat ratkaista mustia aukkoja ympäröivät kiistat, kuten palomuuriongelma. On kysymys siitä, voiko tapahtumahorisontti tulla kuumaksi Hawkingin säteilyn vuoksi. Tämä on ristiriidassa Einsteinin yleisen suhteellisuussuhteen kanssa, jonka mukaan horisontin läpi putoava tarkkailija ei huomaa äkillisiä muutoksia ympäristössä.
"Jos tyhjiössä on erilaisia tiloja", Hossenfelder sanoo, "voit siirtää tietoa säteilyyn asettamatta energiaa horisonttiin. Siksi palomuuria ei tule."