Home Hírek ?rhajós hull fekete lyukba

?rhajós hull fekete lyukba

657
0
Megosztás

Ennek a cikknek az olvasása 7 percig tart

Mi történne egy fekete lyukba zuhanó űrhajóssal, megsülne vagy szétszakadna? A válasz nem mindegy: ha megsül, akkor vele együtt füstbe megy az általános relativitáselmélet, ha viszont szétszakad a teste, akkor a kvantummechanikával nincs valami rendben.

A kérdésr?l nemrég a CERN-ben tanácskozó fizikusok egyel?re nem tudtak dönteni a két halálnem között. Abban biztosak, hogy a Nagy Hadronütköztet?vel (LHC) végzett kísérleteik során nagyon kicsi a valószín?sége fekete lyukak keletkezésének, még kevésbé képzelhet? el, hogy egy ilyen mesterséges fekete lyuk elnyelné a világunkat. Nem is a képzeletbeli ?rhajós balsorsa aggasztja ?ket, hanem a bonyolult fizikai folyamatok következménye.

Kompromisszumos megoldás lehet, ha az ?rhajós a fekete lyuk küls? széle fölött lebeg, felhasználja az onnan kiszivárgó kvantuminformációt, és úgy próbálja eldönteni, melyik elmélet a helyes. Az ügy matematikája azonban olyan bonyolult, hogy mire a kutatók megoldják a problémát, addigra az egész fekete lyuk elpárolog.

A fekete lyukak t?zfala

A Nature beszámolója szerint a kérdés matematikai elemzését még tavaly márciusban végezte el Joseph Polchinski, a Santa Barbara-i (Kalifornia) Elméleti Fizikai Kavli Intézet húrelmélettel foglalkozó fizikusa. Az uralkodó felfogás szerint a fekete lyuk felé közeled? ?rhajós az objektum felszínét jelent? eseményhorizont eléréséig semmit sem érez. A fekete lyuk méretét?l függ?en órák, napok vagy hetek múlva a feje és a lába között már olyannyira különböz? lesz a gravitációs er?, hogy teste megnyúlik (a jelenséget egyes ismeretterjeszt? könyvekben spagettizálódásnak nevezik), majd szétszakad, és maradványai a fekete lyuk végtelenül s?r? magjába hullanak.

Polchinski és munkatársai számításai azonban más eredményt adtak. Eredményeik szerint a kvantummechanikai hatások következtében a fekete lyuk eseményhorizontja közelében elemi részecskék tömege nyüzsög. A forró réteg – amelyet t?zhéjnak vagy t?zfalnak nevezhetünk (utóbbit azonban nem a szó informatikai, de nem is építészeti értelmében) – pillanatok alatt felperzsel bármit, ami csak belé hull. 2012 júliusában publikált eredményeik megrázták a fizika világát. Egy ilyen t?zhéj létezése ugyanis ellentmond az általános relativitáselméletnek, mert annak értelmében a gravitációs térben szabadon es? megfigyel? – bármilyen er?s legyen is a tér – ugyanazt érzi, mintha szabadon lebegne a világ?rben. Ha ez az alapelv sérül, akkor Einstein elmélete összeomlik.

Ennek tudatában Polchinskiék alternatív megoldást is felvázoltak, amelyben nem jön létre a t?zhéj. Ezért azonban nagy árat kellett fizetniük: fel kellett áldozniuk az elemi részecskék kölcsönhatásait leíró kvantummechanikát. Szakcikkek tömege reagált az eredményre, de senki sem tudott elfogadható kiutat találni. A helyzetet egyes fizikusok válságosnak ítélték, ezért ültek össze a kvantumgravitáció legkiválóbb szakért?i a múlt hónapban a CERN-ben rendezett tanácskozásra. Remélték, hogy sikerül rájönniük, milyen irányban kellene keresni a kvantummechanikát a relativitáselmélettel összeegyeztet? kvantumgravitációs elméletet, amelynek megalkotásával évtizedek óta hiába próbálkoznak a fizikusok.

47810_518306834871017_1228312851_n.jpg

Elpárolgó fekete lyukak és információs paradoxonA t?zhéjválság gyökerei 1974-ig nyúlnak vissza, amikor Stephen Hawking a Cambridge-i Egyetemen bebizonyította, hogy bizonyos kvantumos hatások következtében a fekete lyukaknak h?mérsékletük van. Ezért a magára hagyott fekete lyuk – fotonok és más részecskék formájában – h?mérsékleti sugárzást bocsát ki, fokozatosan tömeget veszít, majd teljesen elpárolog. A relativitáselmélet értelmében az eseményhorizontot átlép? ?rhajós nem érzékelheti ezt a sugárzást. Hawking eredménye mégis meghökkent? volt, mert addig úgy gondolták, hogy a fekete lyuk csak elnyelheti a tömeget, de nem párologhat. Kés?bb Hawking eredményeit pontosították, a lényeg azonban változatlan maradt, és ezt ma már a fizikusok dönt? többsége elfogadja.

Egyidej?leg felbukkant azonban egy, a kvantummechanika számára kihívást jelent? paradoxon. A kvantummechanika szerint az információ nem pusztítható el, tehát elvben a fekete lyukból kijöv? sugárzásból ki lehetne nyomozni, mi minden hullott bele a lyukba. Hawking szerint azonban a helyzet nem ilyen egyszer?, mert a kijöv? sugárzás random, tehát véletlenszer?: bármilyen hosszú ideig figyelnénk a fekete lyuk sugárzását, nem tudnánk meg bel?le a múltját. Ez a fekete lyukak információs paradoxona. A paradoxon két táborra osztotta a fizikusokat. Egyesek – köztük Hawking – szerint az információ ténylegesen elt?nik a fekete lyukban, és ha ez ellentmond a kvantummechanika törvényeinek, akkor pontosabb törvényekre van szükség. Mások kitartottak a kvantummechanika mellett.

Eddig nem találtak hibát a számításokban

Juan Maldacena, a Harvard Egyetem fizikusa 1997-ben felfedezte, hogy a Világegyetem bármely háromdimenziós (3D) tartománya leírható a tartomány kétdimenziós (2D) határán kódolt információval, hasonlóan ahhoz, ahogyan a 2D hologram a 3D tárgyakról az információt tárolja. Maldacena matematikai modellje szerint a húrokat és fekete lyukakat tartalmazó 3D univerzumban csak a gravitáció m?ködik, ennek 2D határoló felületén viszont az elemi részecskék a közönséges kvantumfizikai törvényeknek engedelmeskednek, gravitáció nélkül. A 3D univerzum és a 2D felület jelenségei matematikailag kölcsönösen megfeleltethet?k egymásnak. A hipotézis az információ paradoxonára is magyarázatot próbál adni.

Többen úgy gondolták, hogy ezzel sikerült is a paradoxont megoldani. Polchinskiék azonban nem nyugodtak ebbe bele. A helyzet tisztázásakor botlottak bele a már említett t?zhéjparadoxonba. A fekete lyukak párolgásának Hawking-féle képét és az információ paradoxonát a részecskék kvantummechanikai összefonódása teszi igazán bonyolulttá. Ezért számításaik során azt tételezték fel, hogy az összefonódás valamiképpen megsz?nik – hasonlóan például a molekulák atomokká történ? felszakadásához -, ám ez a folyamat a részecskék nagy száma miatt óriási mennyiség? energia felszabadulásával jár. Ez jelenti az eseményhorizontnál kialakuló t?zhéjat, amelyben minden elég, ami a fekete lyukba belehull. A kutatók cikke szerint tehát fizikusoknak választaniuk kell, vagy elfogadják a t?zhéj létezését és ezáltal az általános relativitáselmélet cs?djét (ha az elmélet nem alkalmazható az eseményhorizontra, akkor ez egészében megkérd?jelezi az alkalmazhatóságát), vagy azt fogadják el, hogy a fekete lyukakban elvész az információ, ami a kvantummechanika cs?djét jelentené.

Polchanski nem zárta ki a lehet?séget, hogy valamilyen buta hibát követtek el a számításaikban, ezért el?zetes szakmai vitára bocsátották a dolgozatukat. A legnevesebb szakemberek több mint 40 cikkben reagáltak, de hibát senki sem talált. Többen különböz? bonyolult kiutakra tettek javaslatokat. A CERN-ben tartott konferencia résztvev?i mindenesetre csak abban értettek egyet, hogy egyhamar nem várható a probléma megoldása.

Forrás: origo.hu