Merr përgjigje paradoksi i Hawking për vrimat e zeza

Një nga paradokset më të famshme të fizikantit Stephen Hawking ka më në fund një përgjigje: vrimat e zeza në fakt mund të varen nga informacioni rreth yjeve masive që i krijuan ato.

Sipas një studimi të ri, ky informacion mund të fshihet në rrezatimin rreth vrimave të zeza – të njohura në gjuhën e folur si “flokë kuantike” – dhe teorikisht mund të merret për të ritreguar origjinën e këtyre vrimave të zeza, sugjeron hulumtimi.

Këto gjetje, të botuara në revistën Physics Letters B., mund të zgjidhin më në fund një problem të mprehtë për të cilin Haëking po punonte në vitet e tij të fundit.

Sipas punës së Hawking, rrezatimi "rrjedh" ngadalë nga vrimat e zeza në formën e energjisë termike, e cila është njohur si "rrezatimi Haëking". Por për shkak të natyrës së tij termike, ky rrezatim nuk mund të bartë informacion. Kjo do të thotë se ndërsa vrimat e zeza avullojnë, ato shkatërrojnë në mënyrë metodike të gjithë informacionin rreth yjeve që i krijuan ato. Kjo është në kundërshtim me ligjet e mekanikës kuantike, të cilat thonë se informacioni nuk mund të shkatërrohet dhe se gjendja përfundimtare e një objekti mund të zbulojë të dhëna për gjendjen e tij fillestare. Ky problem i ka shqetësuar kozmologët për dekada dhe njihet si "paradoksi i informacionit të Hawking".

"Ky hulumtim është gozhda e fundit në arkivol për paradoksin sepse ne tani kuptojmë fenomenin e saktë fizik me anë të të cilit informacioni i shpëton shkatërrimit nga vrima e zezë”, thotë autori kryesor i studimit Xavier Calmet, profesor i fizikës në Universiteti i Sussex-it.

Problemi i vrimës së zezë

Vrimat e zeza janë objekte aq masive sa asgjë nuk mund t'i shpëtojë tërheqjes së gravitetit të tyre, madje as drita. Ato formohen kur yjeve të mëdhenj u mbarojnë energjia dhe kolapsojnë.

Në fizikën klasike, vrimat e zeza janë "objekte shumë të thjeshta", thotë Calmet. "Aq e thjeshtë sa një e tillë mund të karakterizohen nga tre numra: masa e tyre, momenti këndor dhe ngarkesa elektrike."

Calmet shpjegon se ndërsa vrima e zezë përfundimtare është shumë e thjeshtë, ylli origjinal që e lindi atë është një objekt kompleks astrofizik, i përbërë nga një amalgamë e ndërlikuar e protoneve, elektroneve dhe neutroneve që bashkohen për të formuar elementët që ndërtojnë përbërjen kimike të atij ylli.

Ndërsa vrimat e zeza nuk mbajnë "kujtesë" për yjet që kanë qenë dikur, rregullat e fizikës kuantike thonë se informacioni nuk mundet thjesht të zhduket nga universi. Në vitin 1976, Haëking hodhi teorinë se ky informacion nuk mund të qëndronte pafundësisht brenda vrimave të zeza të mbyllura larg nga universi i jashtëm. Duke zbatuar rregullat e mekanikës kuantike në vrimat e zeza, Hawking sugjeroi që ato lëshojnë një lloj rrezatimi termik, i quajtur më vonë rrezatimi Haëking. Gjatë periudhave të mëdha kohore, rrjedhja e këtij rrezatimi bën që vrimat e zeza të avullojnë plotësisht, duke lënë pas vetëm vakum. Në këtë mënyrë, informacioni humbet në mënyrë të pakthyeshme.

"Kjo megjithatë nuk lejohet nga fizika kuantike, e cila supozon se filmi i "jetës" së kësaj vrime të zezë mund të rikthehet," thotë Calmet. “Duke filluar nga rrezatimi, ne duhet të jemi në gjendje të rindërtojmë vrimën e zezë origjinale dhe më pas yllin.”

Gjetja e 'flokëve' të vrimës së zezë

Së bashku me kolegun e tij Steve Hsu, profesor i fizikës teorike në Universitetin Shtetëror të Miçiganit, Calmet ka punuar që nga viti 2021 për të goditur paradoksin e Hawking. Në një studim të mëparshëm, të botuar në mars 2022, ekipi argumentoi se vrimat e zeza me të vërtetë kanë "qime kuantike", në formën e një gjurme unike kuantike në fushat gravitacionale që i rrethojnë ato.

Në kërkimin e tyre të ri, ekipi rivlerësoi llogaritjet e Haëking të vitit 1976, por këtë herë mori parasysh efektet e "gravitetit kuantik" - - "përshkrimi i gravitetit sipas parimeve të mekanikës kuantike" - "diçka që Hawking nuk e kishte bërë.

"Ndërsa këto korrigjime gravitacionale kuantike janë të vogla, ato janë thelbësore për avullimin e vrimës së zezë," tha Calmet. “Ne ia dolëm të tregonim se këto efekte modifikojnë rrezatimin Hawking në atë mënyrë që ky rrezatim të bëhet jo termik. Me fjalë të tjera, faktorizimi në gravitetin kuantik i rrezatimit mund të përmbajë informacion.”

Ndërsa "qimet" kuantike të sugjeruara në punën e mëparshme të Calmetand Hsu ishin një koncept matematikor abstrakt, ekipi tani ka identifikuar fenomenin e saktë fizik me anë të të cilit informacioni i shpëton vrimës së zezë nëpërmjet rrezatimit Hawking dhe se si mund të tërhiqet nga një vëzhgues i jashtëm. Kjo aktualisht nuk është e mundur, pasi do të kërkonte një instrument mjaft të ndjeshëm për të matur rrezatimin Hawking, i cili aktualisht është thjesht teorik.

Aktualisht nuk ka asnjë mënyrë reale që astrofizikanët të matin efektin që propozojnë studiuesit, pasi është i vogël. Megjithatë, në vend të kësaj, ai sugjeron një mënyrë për të avancuar këtë teori do të ishte duke studiuar simulimet e vrimave të zeza në laboratorët në Tokë. Modelimi matematikor i ekipit të rrezatimit Hawking dhe vrimave të zeza mund të jetë i paçmuar në këto simulime.