O lucrare recentă a lui Stephen Hawking a creat o agitație, determinând chiar și Nature News să declare că nu există găuri negre. După cum am scris într-o postare anterioară, aceasta nu este tocmai ceea ce pretindea Hawking. Însă acum este clar că afirmația lui Hawking despre găurile negre este greșită, deoarece paradoxul pe care încearcă să-l adreseze nu este până la urmă un paradox.
Totul se rezumă la ceea ce este cunoscut sub numele de paradoxul firewall-ului pentru găurile negre. Caracteristica centrală a unei găuri negre este orizontul evenimentului său. Orizontul de eveniment al unei găuri negre este practic punctul de neîntoarcere atunci când se apropie de o gaură neagră. În teoria relativității generale a lui Einstein, orizontul evenimentului este acela în care spațiul și timpul sunt atât de distrus de gravitație încât niciodată nu poți scăpa. Treceți orizontul evenimentului și sunteți pentru totdeauna prinși.
Această natură unidirecțională a orizontului evenimentului a fost mult timp o provocare pentru înțelegerea fizicii gravitaționale. De exemplu, un orizont de eveniment cu gaura neagră pare să încalce legile termodinamicii. Unul dintre principiile termodinamicii este că nimic nu trebuie să aibă o temperatură de zero absolută. Chiar și lucrurile foarte reci radiază un pic de căldură, dar dacă o gaură neagră captează lumină, atunci aceasta nu produce niciodată căldură. Deci, o gaură neagră ar avea o temperatură de zero, ceea ce nu ar trebui să fie posibil.
Apoi, în 1974, Stephen Hawking a demonstrat că găurile negre radiază lumina datorită mecanicii cuantice. În teoria cuantică există limite la ceea ce se poate cunoaște despre un obiect. De exemplu, nu puteți ști energia exactă a unui obiect. Din cauza acestei incertitudini, energia unui sistem poate fluctua în mod spontan, atât timp cât media sa rămâne constantă. Ceea ce a demonstrat Hawking este că în apropierea orizontului de eveniment al unei găuri negre pot apărea perechi de particule, unde o particulă rămâne prinsă în orizontul evenimentului (reducând puțin masa găurilor negre), în timp ce cealaltă poate scăpa ca radiație (îndepărtând un pic din energia găurii negre).
În timp ce radiațiile Hawking au rezolvat o problemă cu găurile negre, aceasta a creat o altă problemă cunoscută sub numele de paradoxul firewall-ului. Când particulele cuantice apar în perechi, acestea sunt încurcate, ceea ce înseamnă că sunt conectate într-un mod cuantic. Dacă o particulă este capturată de gaura neagră, iar cealaltă scapă, atunci natura încurcată a perechii este ruptă. În mecanica cuantică, am spune că perechea de particule apare în stare pură, iar orizontul evenimentului pare să rupă această stare.
Anul trecut s-a arătat că, dacă radiația Hawking este într-o stare pură, atunci fie ea nu poate radia în modul solicitat de termodinamică, fie ar crea un firewall cu particule de mare energie în apropierea suprafeței orizontului evenimentului. Acest lucru este adesea numit paradoxul firewallului, deoarece, în conformitate cu relativitatea generală, dacă se întâmplă să fii aproape de orizontul evenimentului unei găuri negre, nu ar trebui să observi nimic neobișnuit. Ideea fundamentală a relativității generale (principiul echivalenței) prevede că, dacă te încadrezi în mod liber în apropierea orizontului evenimentului, nu trebuie să fii un firewall furios de particule de mare energie. În lucrarea sa, Hawking a propus o soluție la acest paradox, propunând ca găurile negre să nu aibă orizonturi de evenimente. În schimb, au orizonturi aparente care nu necesită un firewall pentru a se supune termodinamicii. De aici și declarația „nu mai există găuri negre” în presa populară.
Dar paradoxul firewall-ului apare numai dacă radiațiile Hawking sunt în stare pură, iar o hârtie de Sabine Hossenfelder arată că radiația Hawking nu este în stare pură. În hârtia ei, Hossenfelder arată că, în loc să se datoreze unei perechi de particule încurcate, radiația Hawking se datorează a două perechi de particule încurcate. O pereche încurcată este prinsă de gaura neagră, în timp ce cealaltă pereche încurcată scapă. Procesul este similar cu propunerea inițială a lui Hawking, dar particulele Hawking nu sunt într-o stare pură.
Deci nu există paradox. Găurile negre pot radia într-un mod care este de acord cu termodinamica, iar regiunea din apropierea orizontului evenimentului nu are firewall, așa cum cere relativitatea generală. Deci propunerea lui Hawking este o soluție la o problemă care nu există.
Ceea ce am prezentat aici este o privire de ansamblu extrem de bruscă a situației. Am prezentat câteva aspecte mai subtile. Pentru o prezentare mai detaliată (și remarcabil de clară), vedeți postarea lui Ethan Seigel pe blogul său Începe cu bătaie! De asemenea, consultați postarea de pe blogul lui Sabine Hossenfelder, Back Reaction, unde ea vorbește despre ea însăși.
