Czarne dziury nie tylko zamarzają w przestrzeni. Zmieniają się, łączą, eksplodują. A słynna teoria Stephena Hawkinga z lat 70.? Miała trudności z radzeniem sobie z tymi procesami.
Hawking odkrył promieniowanie. Wyciek termiczny. Pomysł, że te kosmiczne pułapki mogą z czasem wyparować, zapaść się i „umrzeć”. To było rewolucyjne odkrycie. Legendarny.
Ale było to ograniczone.
Nowe badania sugerują, że patrzyliśmy na problem pod złym kątem. Zapomnij na chwilę o horyzoncie zdarzeń. Wyobraź sobie garnek z wodą na kuchence.
Wrząca woda to chaos. Bałagan.
Zaburzenie to nazywa się entropią.
Czarne dziury też to mają.
„Prawa Hawkinga… ustanawiają zadowalające powiązanie między fizyką ekstremalną a zwykłą… mają jednak poważne ograniczenia” – Abhay Ashteker, Pennsylvania State University
Jaki jest haczyk? Prawa Hawkinga działają tylko wtedy, gdy czarna dziura jest w spoczynku. W stanie równowagi. Żadnych zmian. Statyczny.
Ale rzeczywistość nie jest statyczna.
Czarne melony są dynamiczne. Tworzą się. Oni walczą. Wyparowują.
Dlatego zespół badaczy z Pennsylvania State University pod przewodnictwem Abhaya Ashtekera, przy wsparciu studentów studiów magisterskich Daniela E. Paraiso i Johna Shue, postanowił napisać zasady na nowo. Nie same prawa fizyczne, ale ich podstawy pojęciowe.
Cień Einsteina
Nie da się mówić o dziurach, nie wspominając o grawitacji. A o grawitacji nie da się rozmawiać bez Alberta Einsteina.
1915 Publikacja ogólnej teorii względności.
Matematyka krzyczy: „Osobliwość”. Punkt, w którym równania dążą do nieskończoności. Serce bestii.
Wokół niej? Horyzont zdarzeń. Punkt bez powrotu. Grawitacja jest tam tak silna, że nawet światło utknie. Prędkość ucieczki przekracza prędkość światła. Nic nie wychodzi. Nawet informacje.
Przez dziesięciolecia uważano, że wszystko. Zerowa temperatura. Zerowe promieniowanie. Nieskończona ilość sposobów na utworzenie dziury.
Prawa termodynamiki – te miłe zasady dotyczące energii i nieporządku – zdawały się nie mieć nic wspólnego z czymś tak ponurym.
Potem pojawił się Hawking.
1974 Zmienił zasady gry.
Nagle czarne dziury wyemitowały ciepło. Nagle dostały gorączki. Nagle mogliśmy zastosować do nich termodynamikę. To przeniosło je z kategorii problemów matematycznych do kategorii rzeczywistości fizycznych.
Przepis Hawkinga był elegancki. Powierzchnia równa się entropii. Rotacja i masa są odwrotnie proporcjonalne. To zadziałało.
Dopóki nie przestało.
Problem z kątem
Oto sedno.
Analogie zawodzą, gdy procesy są przyspieszane.
„W sytuacjach dynamicznych… mogą powstać horyzonty zdarzeń… tam, gdzie nic się nie dzieje” – John Shue
Kiedy czarna dziura rośnie, łączy się lub pochłania gwiazdy, „horyzont zdarzeń” jest słabą jednostką miary.
Dlaczego?
Ponieważ w tej chwili nie da się określić jego właściwości.
Musimy przewidzieć przyszłość. Musisz zobaczyć, czy światło może ostatecznie wybuchnąć, czy nie. To nie jest fizyka. To jest proroctwo.
Paraiso ujął to prosto.
Jeśli nie możesz zajrzeć do środka, nie wiesz, co się tam dzieje. Naprawdę.
Powierzchnia tego horyzontu nie jest w stanie zmierzyć rzeczywistej entropii fizycznej zmieniającej się dziury. Jest to wskaźnik opóźniony. Nie ma sensu rozumieć narodzin i śmierci bestii.
Dlatego zespół z Pennsylvania State University zrobił coś radykalnego.
Wyrzucili horyzont zdarzeń.
Zastąpiliśmy go dynamicznym horyzontem.
Wykorzystywano ją już wcześniej w symulacjach, ale nigdy nie została w pełni zastosowana do praw termodynamiki.
Ten prosty ruch naprawia wszystko.
Pierwsza zasada termodynamiki? Stosowany. Energia zmienia formę, ale nie powstaje z niczego.
Drugie prawo? Stosowany. Entropia stale rośnie.
Nie musisz już czekać, aż przyszłość zdefiniuje teraźniejszość.
Czarna dziura nie musi już pozostać nieruchoma.
To działa od urodzenia. Fuzje. Odparowanie. Nawet dla wybuchowego zakończenia, które przewidział Hawking.
To wykracza poza paradygmat równowagi 50-letniej.
„Chcieliśmy znaleźć sposób… na rozszerzenie praw na czarne dziury, które są poza równowagą” – Ashteker
Czy to rozwiązuje wszystkie nasze problemy?
Może.
Teoria kwantowa wciąż ma swoje dziury. Ale to sprawiło, że matematyka pasowała do chaosu.
W końcu udało nam się porozmawiać o czarnej dziurze w jej ruchu.
Nie czekaj, aż ona umrze.
