captcha image

Hasło zostanie wysłane na twojego e-maila.

 

Czarna dziura. Rys. NASA/CXC/M.Weiss

Czarna dziura. Rys. NASA/CXC/M.Weiss

Czarne dziury odsłaniają kolejną ze swoich tajemnic. A przynajmniej tak twierdzi Stephen Hawking.

To jedne z najdziwniejszych tworów Wszechświata. Jesteśmy pewni, że istnieją, choć nikt ich nie widział. A mimo tego badania nad nimi trwają, choć odbywają się głównie w głowach fizyków i matematyków. Czarne dziury wymykają się zdrowemu rozsądkowi, a ostatnie odkrycia Stephena Hawkinga czynią je jeszcze bardziej niesamowitymi.

Kłopoty z czarnymi dziurami zaczynają się, gdy tylko zaczniemy poważniej o nich myśleć. Na pierwszy rzut oka (czy raczej – umysłu) jest łatwo: oto bierzemy jakąś ilość materii i gromadzimy ją w bardzo małej objętości. Grawitacja zwycięża siły odpychania się cząstek i powoduje zapadnięcie się materii. I tu dzieją się rzeczy dziwne, bo czarna dziura nie wypuszcza niczego, co do niej wpadnie.

Horyzont zdarzeń

W pewnej odległości od punktu, który się zapadł, istnieje granica nazwana poetycko horyzontem zdarzeń. Jeśli coś ją przekroczy, to nie może już uciec od przyciągania czarnej dziury i zostaje przez nią wchłonięte. Ta zasada dotyczy nawet światła i dlatego właśnie dziura jest czarna – horyzont zdarzeń to czerń absolutna, nic z niej nie może dotrzeć do naszych oczu.

A przynajmniej logika podpowiada, że nic nie może uciekać z czarnej dziury. Bo mechanika kwantowa mówi co innego – czarna dziura jednak promieniuje. Musi, bo inaczej czarne dziury byłyby wieczne, stale by rosły i w końcu wchłonęłyby cały Wszechświat i siebie. Gdyby były niezniszczalne, to obserwowalibyśmy je stale, bo powstawać mogą dość łatwo i wypełniałyby przestrzeń kosmosu. Rosłyby szybko i być może Wszechświat byłby już dawno pożarty.

Tymczasem jakoś wciąż istniejemy i dziur wcale tak wielu nie ma. Co się dzieje? Sytuację uratował Hawking w 1974 roku publikując pracę, w której wykazał, że czarne dziury mogą promieniować. A kiedy promieniują, stopniowo znikają. W dodatku robią to tym intensywniej, im są mniejsze. Dlatego te malutkie, które mogłyby być całkiem częste, znikają najszybciej. Pozostają te gigantyczne, powstałe w wyniku wybuchów gwiazd.

Jeszcze więcej problemów

Jednak to rozwiązanie sprawiło, że pojawiły się kolejne kłopoty. Obiekty wpadające do czarnej dziury zabierają ze sobą informację o swoim stanie – tak zwaną funkcję falową. Ale wedle mechaniki kwantowej ta informacja nie może zostać zniszczona czy usunięta. Jest niezniszczalna.

I wszystko było dobrze, dopóki czarne dziury miały być wieczne. Bo wtedy informacja wpadała do nich i na zawsze w nich zostawała. Od kiedy jednak okazało się, że czarne dziury mogą zniknąć pojawił się tak zwany paradoks informacyjny. Informacja w postaci funkcji falowej nie może zniknąć, a znika. Co robić?

Czarna dziura w Interstellar. Fot. ©2014 WARNER BROS. ENTERTAINMENT INC. AND PARAMOUNT PICTURES CORPORATION

Czarna dziura w Interstellar. Fot. ©2014 WARNER BROS. ENTERTAINMENT INC. AND PARAMOUNT PICTURES CORPORATION

Odpowiedzią może być właśnie najnowsza teoria Hawkinga, którą opracował razem z Andrew Stromingerem z Uniwersytetu Harvarda i Malcolmem Perrym z Uniwersytetu Cambridge. Zgodnie z nią każdy obiekt wpadający do czarnej dziury pozostawia po sobie ślad – hologram na wewnętrznej powierzchni horyzontu zdarzeń. Dlaczego hologram? Bo powstaje przez zmodyfikowanie wzoru światła, które pozostaje uwięzione na granicy horyzontu zdarzeń. To światło, które chce uciec z czarnej dziury, ale jest na to zbyt wolne. Pozostaje więc na samej krawędzi i może być naruszone, przesunięte przez wpadające do dziury obiekty.

Gdy czarna dziura paruje, ten hologram powoli wydostaje się na zewnątrz a więc informacja nie ginie – wraca do świata. Co prawda zniekształcona i nie do odtworzenia, ale zawsze. Uff.

Hawking, który przez lata upierał się, że informacja musi być jednak niszczona, teraz przyznał, że najpewniej się mylił. Czy tak jest faktycznie, najtęższe głowy będą mogły stwierdzić za kilka tygodni lub nawet miesięcy, gdy zostaną opublikowane szczegółowe obliczenia, na których zbudowano teorię.

Ciekaw jestem, czy ktoś zdołał doczytać do tego miejsca. 🙂

Jeśli zdołał, to dla relaksu może chce przeczytać naukową recenzję Interstellar? Też jest o czarnych dziurach, choć mniej hardcore’owo…

 

Stephen Hawking znowu ratuje czarne dziury czyli jak nie zniszczyć informacji
4.3 (85.56%) 18 głosów

Czego u nas szukaliście?

  • Doczytał. Do końca. Wydaje się być proste i logiczne 😉

  • Paweł Kamiński

    Nie dość, że doczytał, to jeszcze czeka na rozwój teorii.
    Cóż, mamy do czynienia z czystymi teoriami, przy dzisiejszym stanie technicznym ludzkości kompletnie nie do udowodnienia (i obalenia zarazem). W przeciągu ostatnich 100 lat teorii, przewrotów, nowych nadziei było mnóstwo, niektóre trwały nawet dosyć długo, jednakże ta wydaje mi się mocno naciągana. Naprawdę “hologram na wewnętrznej powierzchni horyzontu zdarzeń”? Póki co od Hawkinga niczego tak “odjechanego” nie mieliśmy, ale pewnie zarzucając nas blokami obliczeń kogoś zdołają przekonać.
    Troszkę się rozpiszę, jednakże – w moim odczuciu – w fizyce wszystko powinno być proste. Im więcej zagmatwania w teorii tym częściej okazywała się ona (wcześniej lub później) błędna. Niejednokrotnie pokazywano obliczenia, ale po dłuższym lub krótszym odstępie czasu okazywało się, że to bardzo “szczególna” teoria i ma zastosowanie tylko w specyficznych warunkach.
    Hologram 🙂

    • Jakub Adamczyk

      Prosta to była fizyka newtonowska i to właśnie ona okazała się być tą nieprawdziwą 😉

  • Pyjter

    Uwielbiam Fizkę kwantową 🙂

  • Fan sf

    W pierwszym wersie piątego akapitu jest literówka. Artykuł wciągający i pobudzający wyobraźnię. Bardzo dobrze się go czytało.

  • PluszowyMis

    jeśłi jest horyzont zdarzeń czyli 0 to za horyzontem czas analogicznie powinien się cofać.

    • Dariusz Białkowski

      Tylko przy założeniu, że cała materia czarnej dziury skupiona jest w punkcie, co moim zdaniem nie ma miejsca i czarna dziura pod horyzontem jest strukturalnie “zamrożona”, tj. zakrzywienie czasoprzestrzeni w jej wnętrzu jest z grubsza jednorodne i takie jak na powierzchni horyzontu zdarzeń. Taka dziura paruje pewnie do pewnej wielkości promienia; potem z powodu braku nacisku z wyższych warstw (które odparowały) może nawet eksplodować (choć tego fajerwerku już osobiście nie gwarantuję).

  • Arek

    Czyli Susskind górą 🙂

  • Ola

    Doczytałam i czekam dalej co naukowcy wymyślą. I tak czy dowiem się za miesiąc czy więcej nie zmieni to mój stan istnienia ?.

  • Grzegorz Konrad Marek

    tl, dr
    😉

  • Piotr Bogucki

    Jeśli ktoś nie doczytał do końca to nie nadaje się na Crazy Naukę i dziwię się co tu robi 😉

  • Andrzej Gorski

    Nie wiem skad te rewelacje> Prof Susskind ze Stanford University prowadzil ten spor z Hawkinsem od co najmniej 15 lat. Wlasnie hologramowa wizja horyzontu zdarzen pozwalala na wyjasnienie tego pozornego zlamania praw fizyki

  • Ark

    Świetny artykuł i bardzo fajnie opisany więc jak tu nie doczytać ?:)

  • gość

    podobnie pozostaje zmarły, rozpada się, a jednak żyje w pamięci bliskich, i w swoich dziełach, dokonaniach. to musi mieć raczej coś z Czasem, w tych dziurach.

  • Dariusz Knocinski

    “Tymczasem jakoś wciąż istniejemy i dziur wcale tak wielu nie ma”

    Według Kipa Thorna (i innych atrofizyków) jest ich w naszej Galaktyce około 100 milionów a najbliższa czarna dziura znajduje się około 300 lat świetlnych od Słońca. Oczywiście są to małe czarne dziury o rozmiarach od 3 do 30 mas Słońca i są “kurduplami” w porównaniu z tą, która znajduje się w centrum Drogi Mlecznej. Jej masę szacuje się na 4,1 miliona mas Słońca.

  • bm-ka

    Czarna Dziura paruje i hologram wydostaje się na zewnątrz ….. czyli nieprawdą jest że wszystko co wpada do Czarnej Dziury juz nigdy jej nie opuszcza … teoria przeczy teorii. Dziwne.

  • Jacek Rafał Stronka

    A czy nie jest tak że
    czy czarne dziury przesuwają się ku sobie? jeśli czarna dziura zasysa obiekty w przestrzeni to za ileś tam lat wszystkie obiekty z obszaru oddziaływań dziur zostaną przez nie pochłonięte. A więc i my też będziemy częścią takich super dziur. Dalej w kolejności dziury będą nawzajem się pochłaniać tworząc coraz większe super dziury aż będzie ich coraz mniej i coraz mniej aż cała ze wszechświata materia będzie skupiona w jednym punkcie. Nastąpi wybuch. A powiększanie się wszechświata w końcu będzie spowalniać i się zatrzyma tak że później będzie się kurczyć. Wszystko to będzie jeszcze w czasie kiedy będzie jeszcze dość dużo czarnych dziur tak że jeśli powłoka kurcząc się trafi na czarną dziurę to energia z czarnej dziury przejdzie na powłokę bo powłoka ma większą masę niż czarna dziura tak że ją wchłonie będąc na tyle silna że zostanie nierozerwana gdy super dziura ostatnia spotka się z powłoką na zasadzie przyciągania to nastąpi wybuch stopień skomplikowania osiągnie maksimum i już nie będzie miało co zrobić i wszystko rozpocznie się od nowa może z innym scenariuszem.

  • Bogusław Rtęcian

    A co mnie tam jakieś czarne dziury. Chleba!!!

  • Dariusz Białkowski

    No litości…
    Czarne dziury to nie gwiazdy. Czym czarna dziura większa/masywniejsza, tym dłużej żyje, bo nie tylko ma więcej do wypromieniowania, ale i wolniej promieniuje. Aby wypromieniowała czarna dziura po najmniejszych supernowych, muszą minąć dziesiątki i setki miliardów lat, więc to nie ten proces odpowiada za to, że “wszystko nie złączyło się w jedną wielką czarną dziurę”.

    No i jeszcze ten fatalny horyzont zdarzeń, którzy rzekomo nie jest zauważalny dla spadającego do środka obserwatora… Nigdy w te bajki nie wierzyłem, bo są sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, a ten mówi, że skoro jest promieniowanie Hawkinga i dylatacja czasu, to dla spadającego obserwatora całą czarna dziura (wraz z obserwatorem) musi “wyparować” zanim obserwator przekroczy punkt, w którym upłynie (z punktu widzenia obserwatora zewnętrznego) wystarczająca ilość czasu, aby całość wyparowała.
    I tutaj mamy nową teorię opisującą te efekty. W ostatnich latach pojawiła się hipoteza “ściany ognia”, która już jest zgodna z ww. intuicją.
    Czy ów opisywany w artykule hologram odciśnięty jest w owej “ścianie ognia”? Nie mam pojęcia, nie wiem nawet, czy o tym myśleli. Moim zdaniem ciało wpadające do czarnej dziury pozostawia swój hologram na jej zewnętrznej granicy (tuż nad horyzontem) i wraz z rozrastaniem się czarnej dziury (zwiększaniem jej promienia) trafia on na poziom horyzontu w obszar “ściany ognia”, który też może zawierać informację “zamrożoną” przez dylatację czasu. Gdy czarna dziura “paruje”, jej promień maleje i warstwy zewnętrzne “ściany” z zatopionymi hologramami wydostają się na zewnątrz jako promieniowanie anizotropowe.
    Generalnie sam proces grawitacyjnego kolapsowania ciała o jednorodnej gęstości z powstaniem czarnej dziury jako efektu, jest ciekawy pod kątem tego, kiedy i gdzie tworzy się pierwszy horyzont zdarzeń i jak jest, że wnętrze się de facto nie zapada, ponieważ zanim zdążyłoby to zrobić, czarna dziura zdąży wyparować (choć dla zewnętrznego obserwatora zajmuje to dziesiątki i setki miliardów lat). To z kolei oznacza, że wbrew często powtarzanym narracjom, całą materia czarnej dziury nie zapada się do punktu, a czarna dziura kończy parować nie jako mikroskopijna czarna dziura, ale mniej więcej gdy osiągnie promień pierwszego horyzontu zdarzeń.
    Tak to w każdym razie “widzę”.

  • Stephen Hawking

    Why are you asking?

  • Wiktor Muszyński

    Z całym szacunkiem dla tego roślino/człowieka.
    Niech lewactwo światowe nie wrabia go w te naukowe cuda wianki.
    Nie chce obrażać chorego człowieka , doświadczonego przez tę chorobę ale to tylko obraz stworzony dla świata ,że niby geniusz i ze niby przemawia …

Nie ma więcej wpisów