Британски научници открија дека црните дупки имаат интересно својство, што би можело да биде во согласност со предвидувањата на познатиот физичар Стивен Хокинг.
Исто така, може да помогне да се обединат теоријата за релативноста и квантната механика и да се реши добро познатиот парадокс за исчезнување на информациите во црните дупки.
Случајно откритие
За време на изведбата на квантните гравитациони корекциски равенки за ентропија на црна дупка, физичарите открија дека црните дупки имаат одреден притисок врз просторот околу нив. Овој притисок е мал и негативен, што може да биде последица на т.н. Хокингово зрачење. Имено, Хокинг предвиде дека црните дупки емитуваат топлинско зрачење, поради што треба да имаат одредена температура, а исто така треба да се намалуваат со текот на времето. Се разбира, ако останат без материјали со кои би можеле да продолжат да се хранат.
Хокинговото зрачење се создава со постојана конверзија на квантните вакуумски флуктуации во парови честички, од кои едната бега од црната дупка, додека другата останува заробена во хоризонтот на настани. Хоризонтот на настани е границата што го ограничува просторот околу црната дупка од која ништо, дури ни светлината, откако ќе влезе, не може да избега. Познато е дека за секое масивно тело, како Земјата или Месечината, постои одредена брзина (брзина на бегство) до која вселенското летало мора да достигне за да се ослободи од влијанието на неговата гравитација. Во случај на црна дупка во хоризонтот на настаните, таа брзина треба да биде поголема од брзината на светлината.
„Нашето откритие дека црните дупки на Шварцшилд имаат притисок и температура е уште повозбудливо со оглед на тоа што беше целосно изненадување“, рече физичарот и астроном Савие Калме од Универзитетот во Сасекс во Велика Британија.
„Ако ја земете предвид црната дупка само во рамките на општата релативност, ќе испадне дека има единственост во својот центар, во која законите на физиката како што ја знаеме мора да пропаднат. Се надеваме, кога теоријата на квантната област ќе се вгради во општата релативност, можеме најдете нов опис на црните дупки“, додаде тој.
Калме и неговиот колега од Универзитетот во Сасекс, физичар и астроном Фолкерт Кујперс, налетале на неговото откритие додека вршеле пресметки користејќи теорија на квантно поле за да се обидат да го испитаат хоризонтот на настан од црна дупка.
Особено, тие се обидоа да ги разберат флуктуациите на хоризонтот на настани на црна дупка што ја корегираат нејзината ентропија, мерка за прогресија од ред во хаос.
Неочекувана големина - притисокот на црна дупка
Додека ги извршуваа овие пресметки, Калме и Кујперс постојано наидуваа на дополнителна големина што се појавуваше во нивните равенки, но им требаше време да препознаат дека она што го гледаат е всушност притисок.
„Во моментот кога сфативме дека мистериозниот резултат во нашите равенки ни кажува дека црната дупка што ја проучувавме имаше притисок, по неколкумесечно борење со неа, беше многу возбудливо“, рече Кујперс.
Тимот сѐ уште не е сигурен што предизвикува откриениот притисок. Според пресметките, тој е негативен и мал, изнесува -2Е -46 бари. За подобро разбирање колку е мал овој притисок, треба да се има предвид дека ова е црна дупка со маса слична на Сонцето и дека воздушниот притисок на површината на Земјата на ниво на море е околу 1 бар.
Од ова откритие произлегува дека црната дупка се намалува. Но, засега, не е јасно дали ова се должи на зрачењето на Хокинг.
Комбинирање на релативноста и квантната механика
Како и да е, наодот може да има интересни импликации за напорите на физичарите да ја поврзат општата релативност, која работи одлично на макро размери на планети, ѕвезди и галаксии, со квантната механика, која работи одлично на екстремно мали размери на молекули, атоми и субатомски честички. Ова растојание со децении се смета за светиот грал на физиката.
Црните дупки се сметаат за клучни за ова достигнување. Имено, во центарот на црната дупка треба да постои сингуларност што може да се опише како еднодимензионална точка со исклучително висока густина, во која се распаѓа општата релативност. Но, од друга страна, гравитационото поле околу него може да се опише само релативистички.
Разбирањето како може да се комбинираат два режима - релативноста и квантната механика - исто така може да помогне да се реши една голема енигма на црните дупки. Според општата релативност, информациите што исчезнуваат во црна дупка може да исчезнат засекогаш. Но, квантната механика не дозволува можност за трајно исчезнување на информациите.
Математичкото истражување на просторот-време околу црна дупка може да помогне во решавањето на овој парадокс.
„Нашата работа е чекор во оваа насока... Иако притисокот на црната дупка што ја проучувавме е мал, фактот дека таа е присутна отвора повеќе нови можности, што вклучува истражување во астрофизиката, физиката на честичките и квантната физика“, рече Калме.