Kaoottisissa järjestelmissä jopa pieni hyppy voi aiheuttaa kaskadivaikutuksen, joka vaikuttaa lopputulokseen. Tämä on samanlainen kuin perhosvaikutus, jossa jopa pieni siipien läppä voi johtaa hurrikaaniin toisella puolella maailmaa.
Teoreettiset fyysikot Douglas Stanford ja Stephen Schenker ovat osoittaneet, että kvanttitasolla mustat aukot osoittavat kaoottista käyttäytymistä kuin perhosvaikutus. Muutokset mustaan aukkoon - jopa niin pienet kuin yhden hiukkasen pudottaminen siihen - voi muuttaa sen käyttäytymistä.
Avain tämän kaaoksen ymmärtämiseen on, että mustat aukot eivät ole täysin mustia. Avaruusjätit lähettävät hiukkasia hiukkaselta - virtuaalisten hiukkasten parien jäännökset näkyvät jatkuvasti koko avaruudessa. Kun tämä tapahtuu mustan aukon horisontissa, osa hiukkasista voi paeta tuottaen niin sanotun Hawking-säteilyn. Sen tutkiminen valaisee mustien aukkojen kaoottista luonnetta. Stanford ja Schenker kirjoittivat tästä artikkelissa, joka julkaistiin Journal of High Energy Physics -lehdessä vuonna 2014.
Kuvittele, että heität yhden elektronin mustaan aukkoon - pieni muutos hirviömäiselle jättiläiselle. Tämä pieni asia muuttaa kuitenkin Hawking-säteilyä, aivan kuten perhonen räpyttää siipinsä ja muuttaa kaukaisen veneen suuntaa.
Kaavamainen kuvaus Hawking-säteilystä.
Hiukkasen lisääminen lisää mustan aukon massaa ja laajentaa sen tapahtumahorisonttia - rajaa, jonka yli mikään ei pääse ulos. Muuten säteilevä Hawking-säteily jää loukkuun laajenevan mustan aukon sisälle. Pienellä muutoksella näyttää olevan kauaskantoisia seurauksia - pelkkä kaaos.
Stanford laajensi tätä ajatusta. Hän, Schenker ja Juan Maldacena Tutkimusinstituutista julkaisivat vuonna 2016 julkaisun Journal of High Energy Physics -lehdessä, jossa he teoriassa osoittivat, että mustan aukon pienenkin muutoksen seuraukset kasvavat niin nopeasti kuin fyysisesti mahdollista. Tämä seurausten lisääntyminen tekee mustista aukoista kaoottisimman järjestelmän.
Tutkimalla pienten hiukkasten ja jättimäisten mustien aukkojen yhteyttä tutkijat toivovat selvittävän fysiikan tärkeimpien teorioiden välisen monimutkaisen ristiriidan. Tavoitteena on muotoilla kvanttigravitaation teoria yhdistämällä kvanttimekaniikka ja yleinen suhteellisuusteoria. Heidän epäjohdonmukaisuutensa osoittaa, että jokaisen teorian ytimessä on jotain vikaa. Stanfordin uudet ideat mustista aukoista auttavat tutkijoita löytämään ratkaisun.
Mainosvideo:
"Hän voi olla yksi harvoista ihmisistä, jotka todella muuttavat tieteen suuntaa", Schenker sanoo. "En voi odottaa, että saan selville, olenko oikeassa vai väärässä."
Vladimir Guillen