Posljednji znanstveni rad Stephena Hawkinga objavili su fizičari koji su radili zajedno s pokojnim kozmologom na njegovom životnom djelu pokušaja razumijevanja što se dogodi s informacijom kada objekti padnu u crnu rupu, piše The Guardian.
Informacijski paradoks
Rad, koji se odnosi na ono što teoretski fizičari zovu 'informacijski paradoks', dovršen je nekoliko dana prije Hawkingove smrti u ožujku ove godine. Njegove kolege s Harvarda i Cambridgea rad su objavili on-line.
Profesor teoretske fizike na Cambridgeu i koautor rada 'Entropija crne rupe i mekana dlaka' Malcom Perry rekao je kako je "informacijski paradoks bio u središtu Hawkingovog života" preko 40 godina.
Porijeklo ove zagonetke može se pronaći još kod Alberta Einsteina, koji je 1915. objavio svoju teoriju opće relativnosti koja je opisala kako gravitacija dolazi od učinaka savijanja materije u prostor-vremenu, te zašto planeti kruže oko Sunca. No, Einsteinova je teorija dala i važna predviđanja o crnim rupama, konkretno da crna rupa može biti definirana po samo tri svojstva: njenom masom, nabojem i spinom.
Gotovo 60 godina kasnije stigao je Hawking, koji je tvrdio kako crne rupe imaju i temperaturu. A kako vrući objekti ispuštaju toplinu u svemir, krajnja je sudbina crne rupe da će ispariti u ništavilo. No to stvara problem. Naime, pravila kvantnog svijeta zahtijevaju da informacija nikada ne može biti izgubljena. Što se onda događa sa svom informacijom sadržanom u objektu, priroda mjesečevih atoma, primjerice, kada se uruši u crnu rupu?
"Teškoću predstavlja činjenica da ako bacite nešto u crnu rupu izgleda kao da to nestane", rekao je Perry. "Kako bi se informacija tog objekta ikako mogla spasiti ako i sama crna rupa nestane?"
Spasonosna entropija
U svom najnovijem radu Hawking i njegovi kolege pokazuju kako bi bi barem nešto informacije moglo biti očuvano. Bacite objekt u crnu rupu i njena bi se temperatura trebala promijeniti. Isto bi se trebalo dogoditi i svojstvu po imenu entropija, koja označava mjeru unutarnjeg nereda, koja raste zajedno s temperaturom,
Fizičari, uključujući i Sashu Haco s Cambridgea i Andrewa Stormingera s Harvarda, pokazuju da bi se entropija crne rupe mogla zabilježiti preko fotona koji okružuju događajni obzor crne rupe, granicu nakon koje svjetlo više ne može pobjeći intenzivnom privlačenju gravitacije. Taj sloj fotona zove se 'meka dlaka'.
"Ovaj red pokazuje da ta 'meka dlaka' može predstavljati entropiju", rekao je Perry. No to nije kraj informacijskog paradoksa. "Ne znamo da li se Hawkingova entropija odnosi na sve što biste mogli baciti u crnu rupu, pa je ovo korak u pravom smjeru. Mislimo da je to dosta dobar korak, ali ima još dosta posla."
Uoči Hawkingove smrti Perry je bio na Harvardu gdje je radio sa Stormingerom. Nije bio svjestan koliko je Hawking bio ozbiljno bolestan, te ga je nazvao kako bi ga obavijestio o napretku rada. Bio je to možda posljednji Hawkingov znanstveni razgovor. "Stephenu je bilo jako teško komunicirati pa me je stavio na zvučnik kako bih mu objasnio koliko smo napredovali. Kada sam mu objasnio, jednostavno je napravio ogroman osmjeh. Rekao sam mu da ćemo do nečega doći. On je znao krajnji rezultat."
Korak u dobrom smjeru
Među nepoznanicama koje Perry i njegovi kolege moraju sada istražiti je i kako informacija povezana s entropijom fizički pohranjena u mekoj dlaci te kako ta informacija izlazi iz crne rupe dok ova isparava.
"Ako ja bacim nešto unutra, da li je sva informacija o onome što je pohranjeno na obzoru crne rupe?", kaže Perry. "To je potrebno kako bi se riješio informacijski paradoks. Ako je samo pola informacije, ili 99%, to nije dovoljno, niste riješili problem informacijskog paradoksa."
"Ovo je korak na tom putu, no definitivno nije cijeli odgovor. Imamo nešto manje zagonetka nego što smo ih imali ranije, no neki su zbunjujući problemi definitivno ostali."
"Razumijevanje mikroskopskog porijekla ove entropije, koja su temeljna kvantna stanja koja entropija računa, bilo je jedno od velikih izazova u zadnjih 40 godina", rekla je Marika Taylor, profesorica teoretske fizike na Sveučilištu Southampton i bivša Hawkingova studentica. "Ovaj rad predlaže način razumijevanja entropije za astrofizičke crne rupe koje se temelje na simetrijama događajnog obzora. Autori moraju napraviti nekoliko nemalih pretpostavki pa će tek sljedeći koraci pokazati jesu li te pretpostavke bile osnovane."
"Hawking je otkrio da crne rupe imaju temperaturu. Za obične objekte mi razumijemo da je temperatura posljedica kretnji mikroskopskih sastojaka sustava. Npr. temperatura zraka posljedica je gibanja molekula, što se brže gibaju, to je toplije", rekao je Juan Maldacena, teoretski fizičar u Institutu za napredne studije u Princetonu.
"Kod crnih rupa nije jasno koji su ti sastojci, te jesu li povezani s njihovim horizontom. U nekim fizičkim sustavima koji imaju posebnu simetriju, termalna se svojstva mogu proračunati na temelju tih simetrija. Ovaj rad pokazuje kako blizu horizonta crne rupe imamo jednu od tih posebnih simetrija."
