Zwarte gaten zitten daar niet zomaar.
Ze veranderen. Ze fuseren. Ze ontploffen. En de beroemde theorie uit de jaren zeventig van Stephen Hawking? Het kostte moeite om het bij te houden.
Hawking gaf ons straling. Thermische lekkage. Het idee dat deze kosmische vallen uiteindelijk zouden kunnen verdampen, imploderen en sterven. Het was baanbrekend. Het was legendarisch.
Het was ook beperkt.
Uit nieuw onderzoek blijkt dat we het probleem op de verkeerde manier hebben bekeken. Vergeet de gebeurtenishorizon even. Denk aan een pan met water op het fornuis.
Kokend water wordt rommelig. Wanordelijk.
Die stoornis wordt entropie genoemd.
En zwarte gaten? Zij hebben het ook.
“De wetten van Hawking… zorgden voor een bevredigend verband tussen extreme en vreemde natuurkunde… maar ze hebben een ernstige beperking.” – Abhay Ashtekar, Penn State
De vangst? De wetten van Hawking werken alleen als het zwarte gat afkoelt. Evenwicht. Onveranderlijk. Statisch.
De werkelijkheid is niet statisch.
Zwarte gaten zijn dynamisch. Ze vormen. Ze vechten. Ze verdampen.
Dus besloot het team van Penn State – onder leiding van Abhay Ashtakar met hulp van studenten Daniel E. Paraizo en Jonathan Shu – de regels te herschrijven. Niet de natuurkunde, alleen het raamwerk.
Einsteins schaduw
Je kunt niet over gaten praten zonder over de zwaartekracht te praten. En zonder Albert Einstein kun je niet over zwaartekracht praten.
- De algemene relativiteitstheorie daalt.
De wiskunde schreeuwt ‘singulariteit’. Een punt waar vergelijkingen naar oneindig gaan. Het hart van het beest.
Eromheen? De gebeurtenishorizon. Het punt waarop geen terugkeer meer mogelijk is. De zwaartekracht is daar zo sterk dat zelfs licht vast komt te zitten. De ontsnappingssnelheid overschrijdt de lichtsnelheid. Niets uit. Zelfs geen informatie.
Decennia lang was dat het geval. Nul temperatuur. Geen straling. Oneindige manieren om een gat te maken.
Het leek alsof de thermodynamische wetten – die mooie regels over energie en wanorde – niet van toepassing waren op zoiets duisters.
Toen kwam Hawking.
1974. Hij veranderde het spel.
Plotseling straalden zwarte gaten warmte uit. Plotseling hadden ze temperatuur. Plots konden we thermodynamica erop toepassen. Het verschoof hen van wiskundige problemen naar de fysieke realiteit.
Het recept van Hawking was elegant. Oppervlakte is gelijk aan entropie. Spin en massa omgekeerd evenredig. Het werkte.
Totdat het niet meer gebeurde.
Het probleem met het uitzicht
Hier is het probleem.
Analogieën mislukken als het druk wordt.
“In dynamische situaties… kunnen zich gebeurtenishorizons vormen… waar niets gebeurt.” – Jonathan Shu
Wanneer een zwart gat sterren laat groeien, samensmelten of opvreten, is de ‘gebeurtenishorizon’ een slechte maatstaf.
Waarom?
Omdat u de eigenschappen ervan momenteel niet kunt definiëren.
Je moet de toekomst voorspellen. Je moet zien of licht zal ontsnappen of niet. Dat is geen natuurkunde. Dat is profetie.
Paraizo heeft het eenvoudig gezegd.
Als je niet naar binnen kunt kijken, kun je ook niet weten wat erin zit. Niet echt.
Het gebied van die horizon kan de werkelijke fysieke entropie van een veranderend gat niet meten. Het is een achterblijvende indicator. Nutteloos om de geboorte of dood van het beest te begrijpen.
Dus het Penn State-team deed iets radicaals.
Ze gooiden de gebeurtenishorizon weg.
Vervangen door een dynamische horizon.
Wordt al gebruikt in simulaties. Nooit volledig toegepast op de thermodynamische wet.
Deze eenvoudige schakelaar lost alles op.
Eerste wet van de thermodynamica? Toegepast. Energie verandert van vorm, maar wordt niet gecreëerd.
Tweede wet? Toegepast. Entropie neemt altijd toe.
U hoeft niet langer te wachten tot de toekomst het heden definieert.
Het zwarte gat hoeft niet langer stil te zitten.
Dit werkt voor de geboorte. Fusie. Verdamping. Zelfs die explosieve dood die Hawking voorspelde.
Het breidt de wetten uit tot voorbij het 50-jarige evenwichtsparadigma.
“We wilden een manier vinden om… de wetten uit te breiden naar zwarte gaten die in evenwicht zijn.” – Ashtekar
Lost het al onze problemen op?
Misschien.
De kwantumtheorie heeft nog steeds zijn eigen gaten. Maar hierdoor past de wiskunde in de chaos.
We hebben eindelijk een manier om over een zwart gat te praten terwijl het beweegt.
In plaats van gewoon te wachten tot het doodgaat.
