Dvije nove studije nedavno objavljene u dvama znanstvenim \u010dasopisima predstavile su mogu\u0107e rje\u0161enje za paradoks crnih rupa, koji je prije gotovo pola stolje\u0107a prvi objavio britanski fizi\u010dar Stephen Hawking.<\/p>\n\n\n\n
Mogu\u0107e rje\u0161enje problema fizi\u010dari su nazvali “kvantne dlake”. Ako se ono potvrdi, bit \u0107e to veliki pomak u teorijskoj fizici.<\/p>\n\n\n\n
\u0160to je Hawkingov paradoks?<\/strong><\/p>\n\n\n\n To bi podrazumijevalo da \u0107e objekt, kada jednom upadne u crnu rupu, zauvijek nestati, zajedno sa svim informacijama kodiranim u njemu. No, to je u suprotnosti s temeljnim pravilom klasi\u010dne i kvantne fizike prema kojem odre\u0111eno stanje sustava u jednom trenutku odre\u0111uje njegovu vrijednost u nekom drugom trenutku.<\/p>\n\n\n\n U ovom kontekstu termin “informacija” koristi se za ozna\u010davanje svih podataka o svim pojedinostima odre\u0111enog stanja. Teza da se informacije moraju sa\u010duvati zna\u010di da bi se detalji koji odgovaraju ranijem vremenu uvijek morali mo\u0107i rekonstruirati u kasnijem trenutku. Drugim rije\u010dima, na temelju sada\u0161njih informacija o stanju nekog sustava mora se mo\u0107i rekonstruirati ranije stanje iz kojeg je sada\u0161nje proiza\u0161lo.<\/p>\n\n\n\n \u0106elave i dlakave crne rupe<\/strong><\/p>\n\n\n\n No, koautor istra\u017eivanja profesor Xavier Calmet i njegovi suradnici smatraju da su crne rupe slo\u017eenije, odnosno da su dlakave. Oni smatraju da materija, kada se uru\u0161ava u crnu rupu, u njezinom gravitacijskom polju ostavlja slab otisak. Taj otisak naziva se “kvantnom dlakom”, a predstavlja mehanizam kojim bi se informacije mogle o\u010duvati tijekom kolapsa crne rupe. Prema ovoj teoriji, dvije crne rupe s identi\u010dnim masama i polumjerima, ali s razli\u010ditim unutarnjim sastavom, suptilno bi se razlikovale u svojim gravitacijskim poljima.<\/p>\n\n\n\n Dvije studije istog tima<\/strong><\/p>\n\n\n\n Utvrdili su da tvar koja kolabira u crnu rupu ostavlja svojevrstan kod, odnosno trag u gravitacijskom polju izvan crne rupe koji se naziva “kvantna dlaka”.<\/p>\n\n\n\n Autori u zaklju\u010dku rada pi\u0161u da je kvantno stanje vanjskog gravitacijskog polja crne rupe odre\u0111eno njezinim unutarnjim stanjem, \u0161to omogu\u0107uje da to unutarnje stanje utje\u010de na Hawkingovo zra\u010denje koje se stvara na horizontu doga\u0111aja. Horizont doga\u0111aja ome\u0111uje crnu rupu i predstavlja granicu nakon koje se vi\u0161e nijedno tijelo, pa ni svjetlost, ne mo\u017ee osloboditi gravitacije crne rupe. Iz rada proizlazi da se informacije o crnoj rupi \u0161ire na mnoge grane kona\u010dnog stanja zra\u010denja crne rupe te da igraju ulogu u njezinu isparavanju.<\/p>\n\n\n\n U drugom radu, koji se nadovezuje na prvi, objavljenom u \u010dasopisu Physics Letters B, isti je tim napisao da kvantne dlake rje\u0161avaju Hawkingov informacijski paradoks crne rupe.<\/p>\n\n\n\n “Na\u0161e rje\u0161enje ne zahtijeva nikakvu spekulativnu ideju; umjesto toga na\u0161e istra\u017eivanje pokazuje da se te dvije teorije (op\u0107a teorija relativnosti i kvantna mehanika) mogu koristiti za dosljedne izra\u010dune za crne rupe i objasniti kako se informacije pohranjuju bez potrebe za radikalnom novom fizikom”, rekao je Calmet.<\/p>\n\n\n\n Obja\u0161njavaju\u0107i otkri\u0107e “kvantne dlake”, Roberto Casadio, profesor teorijske fizike na Sveu\u010dili\u0161tu u Bologni, rekao je:<\/p>\n\n\n\n “Klju\u010dni aspekt je da crne rupe nastaju kolapsom kompaktnih objekata, a u tom slu\u010daju, prema kvantnoj teoriji, nema apsolutnog razdvajanja izme\u0111u unutra\u0161njosti i izvanjskog dijela crne rupe. U klasi\u010dnoj teoriji horizont doga\u0111aja crne rupe djeluje kao savr\u0161ena jednosmjerna membrana koja ne ispu\u0161ta ni\u0161ta van i stoga je vanj\u0161tina ista za sve crne rupe odre\u0111ene mase.<\/p>\n\n\n\n To je klasi\u010dni teorem bez dlaka. Me\u0111utim, u kvantnoj teoriji stanje materije koja se uru\u0161ava i formira crnu rupu nastavlja utjecati na stanje njezine bliske okoline na na\u010din koji je kompatibilan sa sada\u0161njim eksperimentalnim granicama. To je ono \u0161to je poznato kao ‘kvantna dlaka'”, objasnio je Casadio.<\/p>\n\n\n\n Rje\u0161enje bez velike promjene paradigme<\/strong><\/p>\n\n\n\n Naime, op\u0107a teorija relativnosti odli\u010dno opisuje me\u0111udjelovanja objekata u makrosvijetu velikih masa i velikih udaljenosti kakav \u010dine planeti, zvijezde i galaksije. S druge strane kvantna mehanika odli\u010dno opisuje zbivanja na mikrorazini atoma i molekula. No problemi nastaju u situacijama u kojima se ta dva svijeta preklapaju, primjerice u crnim rupama i velikom prasku, gdje postoje goleme mase na mikroskopskim razinama. Rje\u0161enje koje bi spojilo ove dvije teorije, neka nova, objedinjuju\u0107a teorija, ve\u0107 je desetlje\u0107ima svojevrsni sveti gral fizike.<\/p>\n\n\n\n “U znanstvenoj zajednici op\u0107enito se pretpostavljalo da bi za rje\u0161avanje ovog paradoksa bila potrebna ogromna promjena paradigme u fizici, \u0161to bi znanstvenike natjeralo na mogu\u0107u preformulaciju kvantne mehanike ili op\u0107e relativnosti. No mi smo otkrili, a mislim da je to posebno uzbudljivo, da to nije potrebno”, rekao je Calmet.<\/p>\n\n\n\n
Godine 1976. Hawking je otkrio da \u0107e izolirana crna rupa emitirati zra\u010denje na temperaturi koja je odre\u0111ena njezinom masom, nabojem i kutnom koli\u010dinom gibanja, odnosno spinom, ali na na\u010din koji je neovisan o po\u010detnom stanju crne rupe. Ona \u0107e s vremenom izra\u010diti svu energiju koja je u nju upala i nestati.<\/p>\n\n\n\n
\u0160ezdesetih godina pro\u0161log stolje\u0107a fizi\u010dar John Archibald Wheeler, raspravljaju\u0107i o \u010dinjenici da o crnim rupama nemamo puno opazivih podataka, odnosno da ih mo\u017eemo u potpunosti opisati samo na temelju njihove mase, spina i naboja, zaklju\u010dio je da su crne rupe \u0107elave, odnosno da “crne rupe nemaju dlake”. Njegov teorem postao je poznat kao “teorem bez dlaka”.<\/p>\n\n\n\n
U prvom radu, objavljenom u \u010dasopisu Physical Review Letters, profesor Xavier Calmet s Fakulteta matemati\u010dkih i fizi\u010dkih znanosti Sveu\u010dili\u0161ta u Sussexu i profesor Stephen Hsu sa Sveu\u010dili\u0161ta Michigan State pokazali su da su crne rupe slo\u017eenije nego \u0161to se prvobitno mislilo te da imaju gravitacijska polja koja sadr\u017ee informacije o tome kako su nastale.<\/p>\n\n\n\n
Calmet je za Phys.Org rekao da su se crne rupe dugo smatrale savr\u0161enim laboratorijem za istra\u017eivanja kako bi se Einsteinova op\u0107a teorija relativnosti i kvantna mehanika mogle spojiti u jednu univerzalnu teoriju koja bi vrijedila uvijek i svuda.<\/p>\n\n\n\n