Στο φως η τελευταία μελέτη του Χόκινγκ για τις μαύρες τρύπες. Stephen Hawking's final scientific paper released

Δημοσιεύτηκε από άλλους επιστήμονες μετά τον θάνατό του. Stephen Hawking’s final scientific paper has been released by physicists who worked with the late cosmologist on his career-long effort to understand what happens to information when objects fall into black holes. Stephen Hawking. Photograph: Murdo Macleod for the Guardian

Η τελευταία επιστημονική εργασία του Στίβεν Χόκινγκ σχετικά με τις μαύρες τρύπες και το «παράδοξο της πληροφορίας» δημοσιεύθηκε μεταθανάτια, από τους άλλους φυσικούς με τους οποίους είχε συνεργασθεί.

Η μελέτη είναι μια ακόμη προσπάθεια να κατανοηθεί τι συμβαίνει στην πληροφορία, όταν ένα αντικείμενο πέφτει μέσα σε μια μαύρη τρύπα. Δεν δίνει μια οριστική απάντηση, αλλά στρώνει το δρόμο προς αυτή την κατεύθυνση. Η εργασία, που είχε τελειώσει λίγες μέρες πριν το θάνατο του διάσημου Βρετανού φυσικομαθηματικού και κοσμολόγου φέτος τον Μάρτιο, δημοσιεύθηκε online από συναδέλφους του των πανεπιστημίων Κέιμπριτζ και Χάρβαρντ.

Malcolm Perry, who worked with Hawking on his final paper, explains how it improves our understanding of one of universe’s enduring mysteries. An artist’s impression of a star being torn apart by a black hole. Photograph: Nasa's Goddard Space Flight Center

Το «παράδοξο της πληροφορίας», που ανακάλυψε ο Χόκινγκ πριν 43 χρόνια, βρέθηκε στο επίκεντρο της ζωής και της σκέψης του έκτοτε, όπως δήλωσε στη «Γκάρντιαν» ο καθηγητής θεωρητικής φυσικής του Κέιμπριτζ Μάλκολμ Πέρι, ο οποίος συνυπογράφει το κύκνειο άσμα του εμβληματικού επιστήμονα, που είχε καθηλωθεί σε αναπηρικό αμαξίδιο και μιλούσε με ηλεκτρονική φωνή λόγω σοβαρής ασθένειας.

Το λεγόμενο «παράδοξο της πληροφορίας» προκύπτει από το ότι, σύμφωνα με τον Χόκινγκ, οι μαύρες τρύπες έχουν θερμότητα και παράγουν θερμική ακτινοβολία (γνωστή πλέον ως «ακτινοβολία Χόκινγκ»). Επειδή όλα τα θερμά αντικείμενα στη φύση σταδιακά χάνουν αυτή τη θερμότητα στο διάστημα (λόγω της εντροπίας), η ύστατη μοίρα μιας μαύρης τρύπας θεωρητικά θα είναι η εξάτμισή της. Όμως, σύμφωνα με την κβαντομηχανική, οι πληροφορίες ποτέ δεν χάνονται, οπότε τι άραγε συμβαίνει με τις πληροφορίες που περιέχονται σε ένα αντικείμενο, όταν αυτό απορροφάται βαρυτικά από μια μαύρη τρύπα;

Όπως είπε ο Πέρι, «η δυσκολία έγκειται στο ότι αν ρίξει κανείς κάτι μέσα σε μια μαύρη τρύπα, αυτό δείχνει να εξαφανίζεται. Όμως, πώς θα μπορούσε οι πληροφορίες σε αυτό το αντικείμενο να ανακτηθούν κάποτε, αν η ίδια η μαύρη τρύπα στη συνέχεια εξαφανισθεί;»

Στην τελευταία εργασία τους οι Χόκινκ, Πέρι, Σάσα Χάκο και Άντριου Στρόμινγκερ δείχνουν ότι η εντροπία μιας μαύρης τρύπας (άρα και η πληροφορία) μπορεί να καταγραφεί από τα φωτόνια που περιβάλλουν τον «ορίζοντα γεγονότων» της μελανής οπής, δηλαδή το σύνορο πέρα από το οποίο το φως δεν μπορεί να δραπετεύσει λόγω της τεράστιας βαρυτικής έλξης που ασκεί η μαύρη τρύπα. Αυτά τα φωτόνια-καταγραφείς της πληροφορίας αποκαλούνται μεταφορικά «απαλές τρίχες» («soft hairs»).

Από την άλλη, σύμφωνα με τον Πέρι, «δεν ξέρουμε αν η εντροπία Χόκινγκ περιλαμβάνει τα πάντα που μπορεί να ρίξει κανείς σε μια μαύρη τρύπα, συνεπώς έχουμε κάνει στην πραγματικότητα ένα αρκετά καλό βήμα, αλλά υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά να γίνει», όσον αφορά μια ολοκληρωμένη απάντηση στο «παράδοξο της πληροφορίας». Μια τέτοια απάντηση, όπως είπε ο Βρετανός φυσικός, ουσιαστικά θα «παντρέψει» τη γενική θεωρία σχετικότητας (βαρύτητας και χωροχρόνου) του Αϊνστάιν με τη θεωρία της κβαντομηχανικής, οι οποίες μέχρι σήμερα παραμένουν ασύμβατες.

Ένα βασικό ζητούμενο προς διερεύνηση είναι πώς η πληροφορία που σχετίζεται με την εντροπία, αποθηκεύεται ως φυσική οντότητα στα φωτόνια «soft hair» και πώς στη συνέχεια αυτή η πληροφορία βγαίνει από τη μαύρη τρύπα, όταν η τελευταία σβήνει.

Πηγές: https://arxiv.org/abs/1810.01847 - https://www.theguardian.com/science/2018/oct/10/stephen-hawkings-final-scientific-paper-released - https://www.theguardian.com/science/2018/oct/10/black-holes-and-soft-hair-why-stephen-hawkings-final-work-is-important - https://www.in.gr/2018/10/11/tech/sto-fos-teleytaia-meleti-tou-xokingk-gia-tis-mayres-trypes/