I februar i år gjorde astronomer et monumentalt funn. Nesten hundre år etter deres forutsigelse av Albert Einstein, oppdaget forskere endelig gravitasjonsbølger - "krusninger i romtid", belyst av strålingen fra to sammenslåtte sorte hull. Denne observasjonen var en veldig klar bekreftelse av Einsteins generelle relativitetsteori, men samtidig var denne hendelsen et dristig bevis på at lovene i denne teorien slutter å virke så snart de når hendelseshorisonten til sorte hull.
Siden februar i år har Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) sett gravitasjonsbølger totalt tre ganger. Forskere har endelig undersøkt funnene nøye og hevder nå å ha funnet bevis for såkalte "ekko" i bølger som utfordrer Einsteins spådommer om sorte hull.
Disse uttalelsene er for øyeblikket publisert i det vitenskapelige nettbiblioteket ArXiv.org, der de kan analyseres av andre medlemmer av fysikermiljøet før de blir presentert for fagfellevurdering. Derfor er det en veldig reell sannsynlighet for at ferske fakta vil bli funnet innenfor rammen av et eksternt blikk på dataene om observasjoner av disse ekkoene. I tillegg ble bevisene som ble presentert forsynt med en nøyaktighet på 5 Sigma, som er gullstandarden i fysikkens verden. Dette betyr at i 3,5 millioner er det en mulighet for at observasjonene er ren tilfeldighet.
Imidlertid, hvis andre studier viser at dette "ekkoet" faktisk er til stede, vil det for fysikk være en enorm begivenhet. Tidligere har det blitt antydet at lovene om generell relativitet blir smuldret til smedere når de nærmer seg sentrum av sorte hull, men denne oppdagelsen vil vise at lovene også slutter å virke ved grensene for disse rom-tidsfenomenene. Hvis dette er slik, kan dette være begynnelsen på fødselen av lovene til en helt ny fysikk.
"Oppdagelsen av LIGO og andre organisasjoner i fremtiden gir en fantastisk mulighet til å utforske nye fysiske lover," sier Steve Giddings, en forsker ved svart hull ved University of California, Santa Barbara, som ikke var involvert i studien som ble beskrevet i dag.
Hvis ekkoene viser seg å være en dummy, vil generell relativitet bare trenge å bestå bare en annen test. I flere tiår har fysikere prøvd å finpusse svarte hull i denne teorien, og prøvd å finne måter som kan integrere det med kvantemekanikk, men Einsteins teori har gjort det bra frem til nå.
Men før vi fortsetter med diskusjonen, la oss forstå hva disse ekkoene er og hvordan de forholder seg til generell relativitet.
Det hele kommer ned på det såkalte informasjonsparadokset med sorte hull. I følge Einsteins teori skal alt som krysser sorte hulls begivenhetshorisont forsvinne, og ikke forlate noe. I tradisjonell forstand betyr dette at ingenting, ikke engang lys, er i stand til å komme ut av et svart hull (derav forresten navnet på dette objektet).
Salgsfremmende video:
Nylig har forskere blitt sterkt forundret over å teste denne teorien. I følge kvantemekanikkens lover kan materie absorbert av et svart hull faktisk etterlate et spor i form av informasjon. Så hvordan kan hendelseshorisonten samtidig beskrives både fra den generelle relativitetens synspunkt (alt ødelegges etter å ha krysset grensene), og fra kvantemekanikkens synspunkt (fra gjenstanden forblir informasjonen)?
Dette spørsmålet er et av de vanskeligste i moderne fysikk, og forskere finner fremdeles ikke noe svar på det.
En antydet forklaring er brannmurhypotesen fra 2012, som antyder at det er ringer med sterkt ladede partikler rundt hendelseshorisonten, som forbrenner alle saker som går gjennom dem.
Fysiker Stephen Hawking har en annen antagelse. Han mener at sorte hull kan være omgitt av mykt "hår" (hår brukes selvfølgelig her som metafor). Disse "hårene" representerer lave ladede kvanteforstyrrelser og holder signaturer (informasjon, hvis du vil) av alt som en gang falt i et svart hull.
Uansett hvilken hypotese du er mer tilbøyelig til, er hovedbudskapet deres det samme: i stedet for den rene hendelseshorisonten som er forutsagt av generell relativitet, kan grensene til svarte hull være mye mer komplekse og uskarpe enn vi forestilte oss. Og hovedproblemet her var at vi ikke hadde muligheten til på en eller annen måte å verifisere disse forutsetningene. Inntil LIGO oppdaget gravitasjonsbølger.
Nå, med dataene på hånden, foreslår et internasjonalt team av forskere en måte å finne ut hva som skjer rundt sorte hull. I henhold til den nye antagelsen, hvis sorte hulls begivenhetshorisonter ikke egner seg til lovene om generell relativitet, bør ekko forbli etter de første tyngdekraftsbølgene.
I følge forskerne vil det være mulig å oppdage dem takket være “hårene” som omgir det sorte hullet, som er i spenning og oppfører seg i øyeblikket som speil. De fanger opp noen av gravitasjonsbølgene som slipper ut av det sorte hullet, omslutter dem, overfører noe av deres tilstand av forstyrrelse, og kan deretter oppdages av instrumenter som LIGO.
I følge forskernes beregninger kunne disse ekkoene bli oppdaget ved bruk av LIGO 0,1 og 0,3 sekunder etter den første frigjøringen av tyngdekraften. Og se og se! Forskere har blitt vitner om dette! Dessuten ble hendelsen ikke bare observert innenfor rammen av den første deteksjonen av gravitasjonsbølger i februar i år, men også innenfor rammen av alle de tre observasjonene av gravitasjonsbølger i år.
Det skal selvfølgelig forstås at de tre hendelsene knapt kan kalles pålitelige statistiske data. Så mens muligheten fortsatt er at disse ekkoene var en slags bakgrunnsstøy (1 i 270 tilfeller, eller 2,9 Sigma-feil), vil ytterligere observasjoner hjelpe forskere med å bygge et mer solid bevisgrunnlag.
"Den gode nyheten er at klarheten og følsomheten til LIGO vil forbedre seg betydelig snart, så vi har en mer solid mulighet i løpet av de neste to årene til å bekrefte eller avkrefte disse observasjonene," sa hovedforsker Niaesh Afshordi.
Selv om ekkoene kan bekreftes, vil de ikke svare på spørsmålet om hvilket nivå av uklarhet grensene til svarte hull har. Derfor har løsningen av informasjonsparadokset blitt utsatt for nå. Så langt er en ting klar: En av de viktigste funnene i fysikk i år har blitt enda mer fristende.
NIKOLAY KHIZHNYAK
