Ορόσημο: Η θεωρία της ακτινοβολίας της μαύρης τρύπας
Ημερομηνία: 1 Μαρτίου 1974
Οπου: Cambridge, Αγγλία
ΠΟΥ: Στίβεν Χόκινγκ
Το 1974, ένας λαμπρός 32χρονος φυσικός δημοσίευσε στο περιοδικό Nature μια όχι και πολύ δίσελη εργασία και ανατίναξε μια από τις θεμελιώδεις υποθέσεις μας για τις μαύρες τρύπες.
Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, μαύρες τρύπες είναι τόσο ογκώδεις που τίποτα, ούτε καν το φως, δεν μπορεί να ξεφύγει από τα νύχια τους. Με αυτή τη λογική, οι μαύρες τρύπες θα πρέπει να μεγαλώνουν μόνο καθώς το σύμπαν γερνάει, καταβροχθίζοντας την κοντινή ύλη ή συγχωνεύοντας με άλλες μαύρες τρύπες για να φτάσουν τελικά σε υπερμεγέθεις κλίμακες.
Αλλά για μερικά χρόνια πριν από τη θεμελιώδη εργασία του, ο Χόκινγκ ερευνούσε πώς κβαντική μηχανική «Οι περίεργοι νόμοι που διέπουν τα υποατομικά σωματίδια» θα επηρεάσουν την ανάπτυξη και την εξέλιξη της μαύρης τρύπας. Με βάση το έργο του θεωρητικού φυσικού Jacob Bekensteinσυνδύασε τη γενική σχετικότητα, τους νόμους της θερμοδυναμικής και την σχετικά απλή κβαντική φυσική για να συμπεράνει ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν ελάχιστες ποσότητες θερμότητας.
Στο δημοφιλές βιβλίο του “A Brief History of Time”, το 1988, ο Hawking ισχυρίστηκε ότι αυτό οφείλεται στο ότι ζεύγη “εικονικών” σωματιδίων εισέρχονται και φεύγουν σε όλο το σύμπαν, εκμηδενίζοντας κατά την επαφή. Ωστόσο, περιστασιακά, ένα μέλος του ζεύγους εμφανιζόταν ακριβώς έξω από τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, ενώ το άλλο θα ήταν ακριβώς μέσα σε αυτόν. Ο ένας έπεφτε μέσα, ενώ ο άλλος ξέφευγε, κουβαλώντας μαζί του λίγη θερμότητα. Με την πάροδο του χρόνου, αυτή η απώλεια θερμότητας, ή ακτινοβολίας, θα συρρικνώσει τη μαύρη τρύπα, οδηγώντας την επιφανειακή της βαρύτητα να αυξηθεί. Αυτό, με τη σειρά του, θα έκανε τη μαύρη τρύπα να επιταχύνει την ακτινοβολία, οδηγώντας στην τελική εξάτμιση της μαύρης τρύπας, πιθανώς μέσω έκρηξης.
(Στην πραγματικότητα, μεταγενέστερη έρευνα έδειξε ότι η εξήγηση σωματιδίου-αντισωματιδίου είναι πολύ απλοποιημένη, και η ακτινοβολία Hawking στην πραγματικότητα εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της επιτάχυνσης ενός παρατηρητή κοντά στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας.)
Για τις μαύρες τρύπες με τη μάζα του ήλιου ή μεγαλύτερη, η εξάτμιση από αυτό που τώρα είναι γνωστή ως «ακτινοβολία Χόκινγκ» θα διαρκούσε περισσότερο από την ηλικία του σύμπαντος, κατέληξε η μελέτη. Αλλά ο Χόκινγκ αναρωτήθηκε επίσης εάν οι μικροσκοπικές αρχέγονες μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν από «κβαντικές διακυμάνσεις» στην αυγή του χρόνου. Αυτές οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες, μικρότερες από περίπου 1 τρισεκατομμύριο κιλά, θα είχαν από καιρό ανατιναχτεί, κατέληξε.
«Πρόκειται για μια αρκετά μικρή έκρηξη για αστρονομικά πρότυπα, αλλά ισοδυναμεί με περίπου 1 εκατομμύριο βόμβες υδρογόνου 1 Mton», σημείωσε ξερά ο Χόκινγκ στην εργασία του.
Η ακτινοβολία Χόκινγκ σύντομα εδραιώθηκε σταθερά στη θεωρία της φυσικής. Αλλά αποκάλυψε επίσης ένα τεράστιο παράδοξο στη φυσική της μαύρης τρύπας: Η εξάτμιση σήμαινε ότι οι «πληροφορίες» που έπεφταν σε μια μαύρη τρύπα χάθηκαν για πάντα. Αυτό, με τη σειρά του, θα παραβίαζε ένα κεντρικό δόγμα της κβαντικής μηχανικής: ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν να δημιουργηθούν ή να καταστραφούν. Για τις επόμενες τέσσερις δεκαετίες, μέχρι τον θάνατό του το 2018ο Χόκινγκ θα εξαφανίσει το παράδοξο της πληροφορίας της μαύρης τρύπας.
Σε μια δημόσια διάλεξη του 2015 στη Σουηδία, ο Χόκινγκ επανέλαβε την πρότασή του ότι οι πληροφορίες μπορούν πράγματι να ξεφύγουν από μια μαύρη τρύπα, πιθανώς μέσω μιας σκουληκότρυπας.
“Οι μαύρες τρύπες δεν είναι τόσο μαύρες όσο είναι βαμμένες. Δεν είναι οι αιώνιες φυλακές που πίστευαν κάποτε.” είπε ο Χόκινγκ. «Τα πράγματα μπορούν να βγουν από μια μαύρη τρύπα τόσο εξωτερικά όσο και πιθανώς να βγουν σε άλλο σύμπαν».
Μετά τον θάνατό του, ορισμένοι από τους συνεργάτες του δημοσίευσαν μια σειρά από εργασίες που φαινόταν να λύνει το παράδοξο; Οι πληροφορίες δεν χάνονται από τη στιγμή που εισέρχονται σε μια μαύρη τρύπα, το έβαλαν, αλλά επανήλθαν.
Και το 2024, οι φυσικοί πρότειναν έναν τρόπο να το βρουν: Οι πληροφορίες που καταβροχθίζονται από μια μαύρη τρύπα θα έφευγαν ίχνη σε λεπτούς κυματισμούς στον χωροχρόνο γύρω από αυτά τα κοσμικά τέρατα. Αυτοί οι κυματισμοί θα αποκαλυφθούν σε βαρυτικά κύματα που ήδη ανιχνεύουμε χρησιμοποιώντας τεράστια παρατηρητήρια.
Οι επιστήμονες δεν έχουν βρει ακόμη άμεσες αποδείξεις για εκρήξεις μαύρης τρύπας ή αρχέγονες μαύρες τρύπες. Αλλά το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb εντόπισε πρόσφατα έναν αρχαίο γαλαξία που θα μπορούσε να εξηγηθεί αρχέγονες μαύρες τρύπες.
