Czarne dziury mogą przesyłać nam informacje o swojej przeszłości
Czarne dziury są niezwykle tajemniczymi obiektami. Najnowsze badania potwierdzają, że możemy poznać ich historię dzięki promieniowaniu, które z nich ucieka. To może być przełom w badaniach kosmosu.
Czy to będzie kolejny przełom w fizyce? Najnowsze doniesienia ze świata nauki mówią o tym, że "promieniowanie Hawkinga" emitowane przez czarne dziury może przenosić informacje. Oznacza to, że czarne dziury mogą w rzeczywistości przekazywać informacje o masywnych gwiazdach, które je stworzyły.
Odkrycie może rozwiązać problem, nad którym Hawking pracował przed śmiercią
Promieniowanie wokół czarnych dziur, zwane "włosami kwantowymi", może zawierać informacje, które można odzyskać, by dowiedzieć się więcej o przeszłości czarnej dziury - sugerują badania, których wyniki zostały opublikowane 6 marca b.r. w czasopiśmie Physics Letters B.
Czarne dziury to obiekty tak masywne, że nic nie może z nich uciec, nawet światło. Powstają, gdy wypalające się gwiazdy zapadają się w sobie.
W fizyce klasycznej czarne dziury są bardzo prostymi obiektami. Tak proste, że można je scharakteryzować trzema liczbami: ich masą, momentem pędu i ładunkiem elektrycznym.
Według fizyki klasycznej czarne dziury nie niosą ze sobą "pamięci" gwiazd, z których powstały. Sytuacja nieco bardziej się komplikuje, gdy przejdziemy do mechaniki kwantowej, która mówi, że informacji nie można po prostu usunąć z wszechświata.
Czarne dziury nie są wieczne, ale informacje nie znikają
W 1976 roku Hawking, stosując zasady mechaniki kwantowej do czarnych dziur, zasugerował, że informacja nie może bez końca przebywać w czarnych dziurach odcięta od otaczającego ją wszechświata. Zasugerował, że emitują one rodzaj promieniowania cieplnego nazwanego później promieniowaniem Hawkinga. W długim okresie czasu "wyciek" tego promieniowania powoduje całkowite odparowanie czarnych dziur, zostawiając próżnię. W ten sposób informacje są bezpowrotnie tracone? Wydawać by się mogło, że to oczywiste, ale nie pozwala na to mechanika kwantowa.
Nie pozwala na to jednak fizyka kwantowa, która zakłada, że film z "życiem" tej czarnej dziury można przewinąć. Zaczynając od promieniowania, powinniśmy być w stanie odbudować pierwotną czarną dziurę, a następnie ostatecznie gwiazdę.
W poprzednim badaniu, opublikowanym w marcu 2022 roku badacze argumentowali, że czarne dziury rzeczywiście mają "włosy kwantowe". Tym razem zrobili "coś, czego Hawking nie zrobił" - ocenili obliczenia jednego z największych fizyków naszych czasów z uwzględnieniem skutków kwantowej grawitacji.
Chociaż te kwantowe poprawki grawitacyjne są niewielkie, mają kluczowe znaczenie dla parowania czarnych dziur. Byliśmy w stanie wykazać, że efekty te modyfikują promieniowanie Hawkinga w taki sposób, że staje się ono nietermiczne. Innymi słowy, biorąc pod uwagę grawitację kwantową, promieniowanie może zawierać informacje.
Tak abstrakcyjna koncepcja matematyczna stała się dokładnym zjawiskiem fizycznym. Problem w tym, że nie jesteśmy w stanie go zmierzyć. Wymagałoby to instrumentu wystarczająco czułego do pomiaru promieniowania Hawkinga, co jest jeszcze poza naszym technologicznym zasięgiem. Na razie pozostaje studiowanie symulacji czarnych dziur w laboratoriach na Ziemi.
Źródło: X. Calmet, S. D.H. Hsu, M. Sebastianutti, Quantum gravitational corrections to particle creation by black holes,
Physics Letters B, 2023, 137820, https://doi.org/10.1016/j.physletb.2023.137820.
