Tämän vuoden helmikuussa tähtitieteilijät tekivät monumentaalisen löytön. Melkein sata vuotta Albert Einsteinin ennusteen jälkeen tutkijat ovat vihdoin löytäneet painovoima-aallot - "aaltojen aallot", jotka valaisevat kahden sulautuvan mustan aukon säteily. Tämä havainto oli erittäin selkeä vahvistus Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta, mutta samalla tämä tapahtuma oli rohkea todiste siitä, että tämän teorian lait lakkaavat toimimasta heti, kun ne saavuttavat mustien reikien tapahtumahorisontin.
Tämän vuoden helmikuusta lähtien LIGO on nähnyt painovoima-aaltoja yhteensä kolme kertaa. Tutkijat ovat vihdoin tutustuneet havaintoihin ja väittävät nyt löytäneensä todisteita niin sanottujen "kaiun" aaltojen sisällä, jotka haastavat Einsteinin ennusteet mustista reikistä.
Nämä lausunnot julkaistaan tällä hetkellä tieteellisessä online-kirjastossa ArXiv.org, missä muut fyysikkoyhteisön jäsenet voivat analysoida niitä ennen vertaisarviointia. Siksi on erittäin todellinen todennäköisyys, että tuoreita tosiasioita löytyy näiden kaikujen havaintojen tietoja koskevan ulkopuolisen tarkastelun puitteissa. Lisäksi esitetyt todisteet toimitettiin tarkkuudella 5 Sigma, joka on fysiikan maailman kultastandardi. Tämä tarkoittaa, että 3,5 miljoonassa on yksi mahdollisuus, että havainnot ovat puhdasta sattumaa.
Jos muut tutkimukset kuitenkin osoittavat, että tämä "kaiku" todella esiintyy, niin fysiikalle se on valtava tapahtuma. Aikaisemmin on ehdotettu, että yleisen suhteellisuussäädöksen laitokset murenevat puolirenkaisiin lähestyessäsi mustien reikien keskustaa, mutta tämä löytö osoittaa, että lait myös lakkaavat toimimasta näiden avaruus-aikailmiöiden rajoilla. Jos näin on, niin se voi aloittaa täysin uuden fysiikan lakien syntymisen.
"LIGO: n ja muiden organisaatioiden löytäminen näkökulmasta tarjoaa uskomattoman mahdollisuuden tutustua uusiin fyysisiin lakeihin", sanoo Steve Giddings, Kalifornian yliopiston Santa Barbaran mustan aukon tutkija, joka ei ollut mukana tänään kuvatussa tutkimuksessa.
Jos kaiut osoittautuvat nukkeiksi, yleisen suhteellisuussuhteen on läpäistävä vain uusi testi. Fyysikot ovat vuosikymmenien ajan yrittäneet muokata mustia aukkoja tähän teoriaan, yrittäen löytää tapoja, joilla se integroitaisiin kvanttimekaniikkaan, mutta Einsteinin teoria on menestynyt hyvin tähän asti.
Mutta ennen kuin jatkamme keskustelua, ymmärretään, mitä nämä kaiut ovat ja kuinka ne liittyvät yleiseen suhteellisuussuhteeseen.
Kaikki laskeutuu ns. Mustien reikien tietoparadoksiin. Einsteinin teorian mukaan kaiken, joka ylittää mustien reikien tapahtumahorisontin, pitäisi kadota, jättämättä mitään taakse. Perinteisessä mielessä tämä tarkoittaa, että mikään, ei edes valo, ei pääse ulos mustasta reiästä (siis muuten tämän esineen nimi).
Mainosvideo:
Viime aikoina tutkijat ovat hämmentyneet testaamalla tätä teoriaa. Itse asiassa kvanttimekaniikan lakien mukaan mustan aukon absorboima aine voi todellakin jättää jäljen tiedon muodossa. Joten miten tapahtumahorisontti voidaan kuvata samanaikaisesti sekä yleisen suhteellisuustekijöiden näkökulmasta (kaikki tuhoutuu rajojen ylittämisen jälkeen) että kvantmekaniikan näkökulmasta (esineestä, sen tiedot säilyvät)?
Tämä kysymys on yksi vaikeimmista nykyfysiikassa, ja tutkijat eivät vieläkään löydä vastausta siihen.
Yksi ehdotettu selitys on vuoden 2012 palomuurihypoteesi, joka viittaa siihen, että tapahtumahorisontin ympärillä on erittäin varautuneita hiukkasia, jotka polttavat kaiken niiden läpi kulkevan aineen.
Fyysikolla Stephen Hawkingilla on erilainen oletus. Hän uskoo, että mustia reikiä voi ympäröida pehmeillä "hiuksilla" (hiuksia käytetään tietysti tässä metaforana). Nämä "karvat" edustavat alhaisen varauksen omaavia kvanttihäiriöitä ja pitävät allekirjoituksia (tietoja, jos haluat) kaikesta, joka kerran putosi mustaan aukkoon.
Riippumatta siitä, mihin hypoteesiin olet taipuvaisempi, heidän pääviestinsä on sama: yleisen relatiivisuuden suhteen ennustetun puhtaan tapahtumahorisontin sijaan mustien reikien rajat voivat olla paljon monimutkaisempia ja epäselvämpiä kuin kuvittelimme. Ja suurin ongelma tässä oli se, että meillä ei ollut mahdollisuutta tarkistaa näitä oletuksia jotenkin. Kunnes LIGO havaitsi gravitaatioaallot.
Nyt käytettävissä olevien tietojen perusteella kansainvälinen tutkijaryhmä ehdottaa tapaa selvittää, mitä tapahtuu mustien reikien ympärillä. Uuden oletuksen mukaan, jos mustien reikien tapahtumahorisontit eivät todellakaan vastaa yleisen suhteellisuussäännön lakeja, kaikujen tulisi pysyä alkuperäisten painovoima-aaltojen jälkeen.
Tutkijoiden mukaan ne on mahdollista havaita mustan aukon ympäröivien "karvojen" avulla, jotka ovat jännityksessä ja käyttäytyvät tällä hetkellä kuin peilit. Ne vangitsevat osan gravitaatioaalloista, jotka pakenevat mustaa reikää, ympäröivät niitä, lähettävät osan häiriötilanteestaan, ja ne voidaan sitten havaita LIGO-kaltaisilla välineillä.
Tutkijoiden laskelmien mukaan nämä kaiut voitiin havaita käyttämällä LIGO 0,1: tä ja 0,3 sekuntia gravitaatioaallon ensimmäisen vapautumisen jälkeen. Ja - katso ja katso! Tutkijoista on tullut todistajia tästä! Lisäksi tapahtumaa havaittiin paitsi ensimmäisen kerran gravitaatioaaltojen havaitsemisen yhteydessä tämän vuoden helmikuussa, myös kaikkien tämän vuoden kaikkien kolmen gravitaatioaallotutkimuksen yhteydessä.
On tietenkin ymmärrettävä, että kolmea tapahtumaa ei tuskin voida kutsua luotettaviksi tilastotiedoiksi. Joten vaikka on edelleen mahdollista, että nämä kaiut olivat jonkinlaista taustamelua (yksi 270 tapauksessa, tai 2,9 Sigma-virhe), lisähavainnot auttavat tutkijoita rakentamaan entistä vahvemman näytön.
"Hyvä uutinen on, että LIGO: n selkeys ja herkkyys paranevat huomattavasti pian, joten meillä on vahvempi tilaisuus seuraavien kahden vuoden aikana vahvistaa tai kieltää nämä havainnot", sanoo johtava tutkija Niaesh Afshordi.
Vaikka kaiut voidaankin vahvistaa, ne eivät vastaa kysymykseen siitä, minkä tasisen sumun mustien aukkojen rajat ovat. Siksi tietoparadoksin ratkaisemista on siirretty toistaiseksi. Toistaiseksi yksi asia on selvä: yksi tämän vuoden tärkeimmistä fysiikan löytöistä on tullut entistä houkuttelevammaksi.
NIKOLAY KHIZHNYAK