Ένα πρόσφατο άρθρο του Stephen Hawking δημιούργησε μεγάλη αναταραχή, ακόμη και οδηγώντας το Nature News για να δηλώσει ότι δεν υπάρχουν μαύρες τρύπες. Όπως έγραψα σε μια προηγούμενη ανάρτηση, δεν είναι ακριβώς αυτό που ισχυρίστηκε ο Hawking. Αλλά είναι πλέον σαφές ότι ο ισχυρισμός του Hawking σχετικά με τις μαύρες τρύπες είναι λάθος επειδή το παράδοξο που προσπαθεί να αντιμετωπίσει δεν είναι παράδοξο.
Όλα καταλήγουν σε αυτό που είναι γνωστό ως παράδοξο τείχους προστασίας για μαύρες τρύπες. Το κεντρικό χαρακτηριστικό μιας μαύρης τρύπας είναι ο ορίζοντας γεγονότος. Ο ορίζοντας γεγονότος μιας μαύρης τρύπας είναι βασικά το σημείο μη επιστροφής όταν πλησιάζετε σε μια μαύρη τρύπα. Στη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, ο ορίζοντας γεγονότων είναι όπου ο χώρος και ο χρόνος είναι τόσο στρεβλωμένοι από τη βαρύτητα που δεν μπορείτε ποτέ να ξεφύγετε. Διασχίστε τον ορίζοντα του γεγονότος και είστε παγιδευμένοι για πάντα.
Αυτή η μονόδρομη φύση ενός ορίζοντα γεγονότων υπήρξε εδώ και καιρό μια πρόκληση για την κατανόηση της βαρυτικής φυσικής. Για παράδειγμα, ένας ορίζοντας γεγονότων μαύρης τρύπας φαίνεται να παραβιάζει τους νόμους της θερμοδυναμικής. Μία από τις αρχές της θερμοδυναμικής είναι ότι τίποτα δεν πρέπει να έχει θερμοκρασία απόλυτου μηδέν. Ακόμα και τα πολύ κρύα πράγματα εκπέμπουν λίγη θερμότητα, αλλά αν μια μαύρη τρύπα παγιδεύσει το φως τότε δεν εκπέμπει θερμότητα. Έτσι, μια μαύρη τρύπα θα έχει θερμοκρασία μηδέν, κάτι που δεν θα έπρεπε.
Στη συνέχεια, το 1974, ο Stephen Hawking έδειξε ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν φως λόγω της κβαντικής μηχανικής. Στην κβαντική θεωρία υπάρχουν όρια σε ό, τι μπορεί να γίνει γνωστό για ένα αντικείμενο. Για παράδειγμα, δεν μπορείτε να γνωρίζετε την ακριβή ενέργεια ενός αντικειμένου. Λόγω αυτής της αβεβαιότητας, η ενέργεια ενός συστήματος μπορεί να κυμαίνεται αυθόρμητα, αρκεί ο μέσος όρος του να παραμένει σταθερός. Αυτό που έδειξε ο Hawking είναι ότι μπορεί να εμφανιστούν κοντά στον ορίζοντα γεγονότος ενός ζεύγους σωματιδίων μαύρης τρύπας, όπου ένα σωματίδιο παγιδεύεται μέσα στον ορίζοντα γεγονότος (μειώνοντας ελαφρώς τη μάζα των μαύρων οπών) ενώ το άλλο μπορεί να διαφύγει ως ακτινοβολία (μεταφέροντας λίγο η ενέργεια της μαύρης τρύπας).
Ενώ η ακτινοβολία Hawking έλυσε ένα πρόβλημα με τις μαύρες τρύπες, δημιούργησε ένα άλλο πρόβλημα γνωστό ως παράδοξο τείχους προστασίας. Όταν τα κβαντικά σωματίδια εμφανίζονται σε ζεύγη, μπλέκονται, που σημαίνει ότι συνδέονται με κβαντικό τρόπο. Εάν ένα σωματίδιο συλλαμβάνεται από τη μαύρη τρύπα και το άλλο διαφεύγει, τότε η εμπλεγμένη φύση του ζευγαριού σπάει. Στην κβαντική μηχανική, θα λέγαμε ότι το ζεύγος σωματιδίων εμφανίζεται σε καθαρή κατάσταση και ο ορίζοντας γεγονότος φαίνεται να σπάει αυτήν την κατάσταση.
Πέρυσι αποδείχθηκε ότι εάν η ακτινοβολία Hawking είναι σε καθαρή κατάσταση, τότε είτε δεν μπορεί να ακτινοβολεί με τον τρόπο που απαιτείται από τη θερμοδυναμική, είτε θα δημιουργούσε ένα τείχος προστασίας σωματιδίων υψηλής ενέργειας κοντά στην επιφάνεια του ορίζοντα συμβάντων. Αυτό ονομάζεται συχνά παράδοξο τείχους προστασίας, επειδή σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, εάν τυχαίνει να βρίσκεστε κοντά στον ορίζοντα συμβάντων μιας μαύρης τρύπας, δεν πρέπει να παρατηρήσετε κάτι ασυνήθιστο. Η θεμελιώδης ιδέα της γενικής σχετικότητας (η αρχή της ισοδυναμίας) απαιτεί ότι αν πέφτετε ελεύθερα κοντά στον ορίζοντα του συμβάντος, δεν θα πρέπει να υπάρχει ένα τρελό τρελό από σωματίδια υψηλής ενέργειας. Στην εργασία του, ο Χόκινγκ πρότεινε μια λύση σε αυτό το παράδοξο προτείνοντας ότι οι μαύρες τρύπες δεν έχουν ορίζοντες γεγονότων. Αντ 'αυτού, έχουν προφανείς ορίζοντες που δεν απαιτούν τείχος προστασίας για να υπακούουν στη θερμοδυναμική. Εξ ου και η δήλωση «όχι πλέον μαύρες τρύπες» στον δημοφιλή τύπο.
Ωστόσο, το παράδοξο του τείχους προστασίας προκύπτει μόνο εάν η ακτινοβολία Hawking είναι σε καθαρή κατάσταση και ένα έγγραφο τον περασμένο μήνα από τη Sabine Hossenfelder δείχνει ότι η ακτινοβολία Hawking δεν είναι σε καθαρή κατάσταση. Στην εφημερίδα της, η Hossenfelder δείχνει ότι αντί να οφείλεται σε ένα ζευγάρι εμπλεγμένων σωματιδίων, η ακτινοβολία Hawking οφείλεται σε δύο ζεύγη εμπλεγμένων σωματιδίων. Το ένα μπλεγμένο ζευγάρι παγιδεύεται από τη μαύρη τρύπα, ενώ το άλλο ζευγάρι μπλέκεται. Η διαδικασία είναι παρόμοια με την αρχική πρόταση του Hawking, αλλά τα σωματίδια Hawking δεν είναι σε καθαρή κατάσταση.
Δεν υπάρχει λοιπόν παράδοξο. Οι μαύρες τρύπες μπορούν να ακτινοβολούν με τρόπο που συμφωνεί με τη θερμοδυναμική και η περιοχή κοντά στον ορίζοντα του συμβάντος δεν διαθέτει τείχος προστασίας, όπως απαιτεί η γενική σχετικότητα. Επομένως, η πρόταση του Hawking είναι μια λύση σε ένα πρόβλημα που δεν υπάρχει.
Αυτό που έχω παρουσιάσει εδώ είναι μια πολύ σκληρή επισκόπηση της κατάστασης. Έχω ξεπεράσει μερικές από τις πιο λεπτές πτυχές. Για μια πιο λεπτομερή (και εξαιρετικά καθαρή) επισκόπηση, ανατρέξτε στην ανάρτηση του Ethan Seigel στο ιστολόγιό του Starts With a Bang! Δείτε επίσης την ανάρτηση στο ιστολόγιο της Sabine Hossenfelder, Back Reaction, όπου μιλάει για το ίδιο το ζήτημα.
