Wat in een zwart gat valt, blijft in een zwart gat, althans volgens de algemene relativiteitswetten. Maar nu suggereert nieuw onderzoek dat materie in een zwart gat een kwantumafdruk kan achterlaten op het zwaartekrachtveld daarbuiten.
Als het waar is, zou deze ontdekking een al lang bestaand probleem in de natuurkunde oplossen, de informatieparadox van Stephen Hawking over zwarte gaten. In de jaren zeventig berekende Hawking dat: zwarte gaten Straten zijn misschien niet helemaal eenrichtingsverkeer; Ze kunnen thermische straling uitzenden, nu bekend als Hawking-straling. Deze Hawking-straling is echter eenvoudige thermische straling, of warmte, en bevat geen informatie over de oorsprong van het zwarte gat of de materie die erin is verdwenen. Met andere woorden, de radiometrie zelf zegt niets over de geschiedenis ervan.
De paradox ontstaat omdat de wetten van Kwantummechanica Het bewaren van deze informatie kan niet verloren gaan; Als je de uiteindelijke staat van een object kent, krijg je aanwijzingen voor de oorspronkelijke staat, zodat je “de film opnieuw kunt afspelen”, zegt Xavier Calmette, een natuurkundige aan de Universiteit van Sussex in Engeland die het nieuwe onderzoek leidde. Als het zwarte gat onomkeerbaar informatie heeft verslonden, kunnen deze wetten niet waar zijn. De paradox maakt zwarte gaten de perfecte plek om de kwantummechanica en de algemene theorie van Albert Einstein te testen Relativiteit op elkaar passen.
“Wat we laten zien, is dat de twee theorieën veel meer compatibel zijn dan mensen hadden gedacht, en dat er geen tegenspraak is”, vertelde Calmette aan WordsSideKick.com.
Harige zwarte gaten
Het idee dat zwarte gaten te weinig kenmerken hebben om ze van elkaar te onderscheiden, wordt de haarloze theorie genoemd, een metafoor die voor het eerst werd gepopulariseerd door natuurkundige John Wheeler. Het idee is dat voorbij massa, lading en spin, Zwarte gaten hebben geen speciale kenmerken Geen kapsel, snit of kleur om ze van elkaar te onderscheiden.
In hun nieuwe paper gepubliceerd op 17 maart in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrievenCalmette en collega’s ontdekten dat zwarte gaten inderdaad haar kunnen hebben, zij het zeer fijne haren. Onderzoekers werken in kwantumzwaartekracht, een veld dat zwaartekracht probeert te begrijpen door middel van kwantummechanica. Met behulp van berekeningen die in het afgelopen decennium zijn ontwikkeld, vergeleek het onderzoeksteam twee theoretische sterren die instorten in zwarte gaten van dezelfde grootte, lading en rotatie, maar met verschillende elementaire chemische samenstellingen. De haarloze theorie stelt dat het onmogelijk is om te zeggen of de sterren die aanvankelijk deze twee zwarte gaten maakten, van elkaar verschilden.
Maar de berekeningen van het team toonden verschillen in het zwaartekrachtveld rond het zwarte gat. Specifiek werd informatie over de vorming van het zwarte gat opgeslagen in het graviton, een hypothetisch fundamenteel deeltje dat de zwaartekracht in kwantumzwaartekracht bemiddelt.
“We ontdekten dat kwantumzwaartekracht ons in staat stelt om het verschil in het zwaartekrachtveld te vinden,” zei Calmette. “Er is een herinnering in het zwaartekrachtveld van wat het zwarte gat is binnengekomen.”
Paradox opgelost?
Er zijn pogingen om het te vinden Informatie lekt uit zwarte gaten. De Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) bewaakt zwaartekrachtsgolven, dit zijn rimpelingen in de ruimtetijd die worden veroorzaakt door massieve objecten, waaronder zwarte gaten. In 2037 is de European Space Agency van plan om drie ruimtevaartuigen te lanceren om zwaartekrachtsgolven vanuit de ruimte te detecteren, een missie die bekend staat als de Laser Interferometer Space Antenna (LISA).
Maar Calmette zei dat de effecten van het graviton die in de nieuwe berekeningen worden voorgesteld subtiel zijn en mogelijk niet waarneembaar zijn met de huidige technologie. Er kunnen uiteindelijk simulaties zijn die de nauwkeurigheid aankunnen. (Hawking-straling is echter niet direct waargenomen in een echt zwart gat Gezien in simulatie van zwarte gaten.)
Calmette zei dat de resultaten de interesse van de natuurkundige gemeenschap hebben gewekt, hoewel hij niet verwacht de resultaten van de ene op de andere dag te accepteren. “De meeste mensen verwachtten dat je de fysica op de een of andere manier zou moeten veranderen om het te laten werken”, zei hij over de informatieparadox van het zwarte gat.
Calmette en zijn team hopen nu hun bevindingen te gebruiken om de mogelijkheden van kwantumzwaartekracht verder te onderzoeken, wat nog steeds een gebied is met veel concurrerende theorieën en geen duidelijk antwoord op wat juist is.
“Dit kan ons helpen om op weg te gaan naar een theorie van kwantumzwaartekracht,” zei Calmette.
Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”