Професор Ксавијер Калмет са Универзитета Сасекс и сарадници сматрају да су црна рупа длакава, јер материја која се у њеном гравитационом пољу оставља слаб отисак. Тај отисаксе назива „квантном длаком”.
Две нове студије недавно објављене у два научна часописа представиле су могуће решење за парадокс црних рупа, који је пре готово пола столећа први објавио британски физичар Стивен Хокинг. Могуће решење проблема физичари су назвали „квантне длаке”. Ако се оно потврди, биће то велики помак у теоријској физици. Шта је то Хокингов парадокс?
Године 1976. Хокинг је открио да ће издвојена црна рупа емитовати зрачење на температури која је одређена њеном масом, набојем и угаоном количином кретања, односно спином, али на начин незвисан од почетног стања црне рупе. Она ће временом израчити сву енергију која је у њу упала и нестати. То би подразумевало да ће објекат, када једном упадне у црну рупу заувек нестати, заједно са свим информацијама кодираним у њему. Но, то је у супротности с темељним правилом класичне и квантне физике према којем одређено стање система у једном тренутку одређује његову вредност у неком другом тренутку.
У овом контексту термин „информација” користи се за означавање свих података о свим појединостима одређеног стања. Теза да се информације морају сачувати значи да би се детаљи који одговарају ранијем времену увек могли реконструиаати у каснијем тренутку. Другим речима, на темељу садашњих информација о стању неког система може се реконструисати раније стање из којег је садашње произашло.
Ћелаве и длакаве
Шездесетих година прошлог стољећа физичар џон Арчибалд Вилер, расправљајући о чињеници да о црним рупама немамо пуно опазивих података, односно да их можемо у потпуности описати само на темељу њихове масе, спина и набоја, закључио је да су црне рупе ћелаве, односно да „црне рупе немају длаке”. Његова теорема постала је позната као „теорема без длака”.
Но, коаутор истраживања професор Ксавијер Калмет и сарадници сматрају да су црне рупе сложеније, односно да су длакаве. Они сматрају да материја, када се урушава у црну рупу, у њеном гравитационом пољу оставља слаб отисак. Тај отисак назива се „квантном длаком”, а представља механизам којим би се информације могле очувати током колапса црне рупе. Према овој претпоставци, две црне рупе с идентичним масама и полупречницима, али с различитим унутрашњим саставом, суптилно би се разликовале у својим гравитационим пољима.
Две студије истог тима
У првом научном раду, објављеном у часопису Physical Review Letters, професор Ксавијер Калмет са Факултета математичких и физичких наука Универзитета у Сасексу и професор Стивен Хсу са Универзитета Мичиген стејт, показали су да су црне рупе сложеније него што се првобитно мислило и да имају гравитациона поља која садрже информације о томе како су настале. Утврдили су да твар која колабира у црну рупу оставља својеврстан код, односно траг у гравитационом пољу ван црне рупе који се назива „квантна длака”.
Ксавијер Калмет (Research Gate)
Аутори у закључку пишу да је квантно стање спољашњег гравитационог поља црне рупе одређено њеним унутрашњим стањем, што омогућује да то унутрашње стање утиче на Хокингово зрачење које се ствара на хоризонту догађаја. Хоризонт догађаја омеђује црну рупу и представља границу након које се више ниједно тело, па ни светлост, не може ослободити гравитације црне рупе. Из овог научног рада произлази да се информације о црној рупи шире на многе гране коначног стања зрачења црне рупе и да играју улогу у њеном испаравању.
У другом научном раду, који се надовезује на први, објављеном у часопису Physics Letters B, исти је тим написао да квантне длаке решавају Хокингов информациони парадокс црне рупе. „Наше решење не захтева никакву спекулативну идеју; уместо тога наше истраживање показује да се те две теорије (општа теорија релативности и квантна механика) могу користити за доследне прорачуне за црне рупе и објаснити како се информације похрањују без потребе за радикалном новом физиком”, рекао је Калмет.
Објашњавајући откриће „квантне длаке”, Роберто Казадио, професор теоријске физике на Универзитету у Болоњи, изјавио је: „Kључни аспект јесте да црне рупе настају колапсом компактних објеката, а у том случају, према квантној теорији, нема апсолутног раздвајања између унутрашњости и спољашњег дела црне рупе. У класичној теорији хоризонт догађаја црне рупе делује као савршена једносмерна мембрана која не испушта ништа напоље и стога је спољашност иста за све црне рупе одређене масе. То је класична теорема без длака. Међутим, у квантној теорији стање материје која се урушава и формира црну рупу наставља утицати на стање њене блиске околине на начин који је компатибилан са садашњим експерименталним границама. То је оно што је познато као квантна длака.”
Без велике промене
Калмет је за Phys.org казао да су се црне рупе дуго сматрале савршеном лабораторијомм за истраживања да се Ајнштајнова општа теорија релативности и квантна механика споје у једну универзалну теорију која би вредила увек и свуда. Наиме, општа теорија релативности одлично описује међуђеловања објеката у макросвету великих маса и великих удаљености какав чине планете, звезде и галаксије. С друге стране, квантна механика одлично описује збивања на микроновоу атома и молекула. Проблеми настају у ситуацијама у којима се та два света преклапају, примерице у црним рупама и Великом праску, где постоје огромне масе на микроскопским нивоима. Решење које би спојило ове две теорије, нека нова, обједињујућа теорија, већ је деценијама својеврсни свети грал физике.
„У научној заједници иопштено се претпостављало да би за решавање овог парадокса била потребна огромна промена парадигме у физици, што би истраживаче натерало на могућу преформулацију квантне механике или опште релативности. Но ми смо открили, а мислим да је то посебно узбудљиво, да то није потребно”, објаснио је Ксавијер Калмет.
Нису сви уверени
Нажалост, не постоји јасан начин да се ова претпоставка тестира астрономским посматрањима јер би гравитационе флуктуације, односно „длаке црне рупе”, биле премале да би се могле измерити. У науци је експериментална провера круцијална да би се хипотеза потврдила. Но поменути научни рад ће, вероватно, привући пажњу заједнице теоријских физичара и проћи бројне додатне провере.
Професор Тоби Вајзман, теоријски физичар с Империјал колеџа у Лондону, за „Гардијан” је описао истраживање као „добар посао”, али је ипак напоменуо да није уверен да је оно разрешило десетлећима стар парадокс. Истакао је да научни рад сугерише да би се могле добити неке додатне информације о томе шта се налази унутар црних рупа, но није показао да би описани феномен могао објаснити целокупну информацију која је очито изгубљена. „То нису показали, а то је суштина парадокса”, наглсио је он.
(Извор Индекс)
