U veljači ove godine astronomi su napravili monumentalno otkriće. Gotovo stotinu godina nakon predviđanja Alberta Einsteina, znanstvenici su napokon otkrili gravitacijske valove - "pukotine u prostoru-vremenu", osvijetljene zračenjem dviju crnih rupa koje se spajaju. Ovo opažanje bilo je vrlo jasna potvrda Einsteinove opće teorije relativnosti, ali istodobno je ovaj događaj bio hrabar dokaz da zakoni te teorije prestaju djelovati čim dođu do horizonta događaja crnih rupa.
Od veljače ove godine, Laser interferometrički gravitacijski valni opservatorij (LIGO) ukupno je tri puta vidio gravitacijske valove. Istraživači su konačno pomno proučili nalaze i sada tvrde da su pronašli dokaze o takozvanim "odjecima" unutar valova koji izazivaju Einsteinova predviđanja crnih rupa.
Te su izjave trenutno objavljene u znanstvenoj internetskoj knjižnici ArXiv.org, gdje ih mogu analizirati ostali članovi fizičke zajednice prije nego što budu predstavljeni stručnom nadzoru. Stoga je vrlo realna vjerojatnost da će se nove činjenice pronaći u okviru vanjskog pogleda na podatke o opažanjima tih odjeka. Uz to, izvedeni dokazi pruženi su s točnošću od 5 Sigma, što je zlatni standard u svijetu fizike. To znači da u 3,5 milijuna postoji jedna mogućnost da su promatranja čista slučajnost.
Međutim, ako druge studije pokažu da je taj "odjek" zapravo prisutan, onda će to za fiziku biti ogroman događaj. Ranije se sugeriralo da se zakoni opće relativnosti ruše do ruševina kada se približavaju središtu crnih rupa, ali ovo će otkriće pokazati da zakoni također prestaju raditi na granicama ovih prostorno-vremenskih pojava. Ako je to tako, onda je ovo možda početak rođenja zakona posve nove fizike.
„Otkriće LIGO-a i drugih organizacija u perspektivi nudi nevjerojatnu priliku za istraživanje novih fizičkih zakona“, kaže Steve Giddings, istraživač crne rupe na Kalifornijskom Sveučilištu Santa Barbara, koji nije bio uključen u današnju studiju opisanu.
Ako se odjek pokaže kao lutka, tada će opća relativnost trebati samo proći još jedan test. Desetljećima su fizičari pokušavali uklopiti crne rupe u ovu teoriju, pokušavajući pronaći načine koji bi je integrirali u kvantnu mehaniku, ali Einsteinova teorija do sada dobro radi.
No prije nego što nastavimo s raspravom, shvatimo što su ti odjeci i kako se oni odnose na opću relativnost.
Sve se svodi na takozvani informativni paradoks crnih rupa. Prema Einsteinovoj teoriji, sve što prelazi događajni horizont crnih rupa trebalo bi nestati, ne ostavljajući ništa iza sebe. U tradicionalnom smislu to znači da ništa, pa ni svjetlo, ne može izaći iz crne rupe (otuda, usput, i ime ovog predmeta).
Promotivni video:
U posljednje vrijeme znanstvenici su bili jako zbunjeni testiranjem ove teorije. Doista, prema zakonima kvantne mehanike, materija apsorbirana crnom rupom zapravo može ostaviti trag u obliku informacija. Kako se horizont događaja može istovremeno opisati kako sa stajališta opće relativnosti (sve se uništava nakon što pređu njegove granice), tako i sa stanovišta kvantne mehanike (od objekta ostaju njegove informacije)?
Ovo je pitanje jedno od najtežih u modernoj fizici, a znanstvenici još uvijek ne mogu naći odgovor na njega.
Jedno od predloženih objašnjenja je hipoteza o vatrozidu iz 2012., koja sugerira da oko horizonta događaja postoje prstenovi visoko nabijenih čestica koji spaljuju bilo koju materiju koja prolazi kroz njih.
Fizičar Stephen Hawking ima drugačiju pretpostavku. Vjeruje da crne rupe mogu biti okružene mekom "kosom" (kosa se, naravno, ovdje koristi kao metafora). Te "dlačice" predstavljaju kvantne poremećaje s malim nabojem i u sebi spremaju potpise (informacije, ako hoćete) svega što je jednom palo u crnu rupu.
Bez obzira kojoj hipotezi ste skloniji, glavna im je poruka ista: umjesto čistog horizonta događaja predviđenog općom relativnošću, granice crnih rupa mogu biti puno složenije i mutnije nego što smo zamislili. A glavni problem ovdje je bio što nismo imali priliku nekako provjeriti te pretpostavke. Sve dok LIGO nije otkrio gravitacijske valove.
Sada, s prikupljenim podacima, međunarodni tim istraživača predlaže način da saznaju što se događa oko crnih rupa. Prema novoj pretpostavci, ako se događaji horizonata crnih rupa doista ne podliježu zakonima opće relativnosti, odjek bi trebao ostati nakon početnih gravitacijskih valova.
Prema istraživačima, moguće ih je otkriti zahvaljujući „dlakama“koje okružuju crnu rupu, koje su u stanju uzbuđenja i u ovom trenutku se ponašaju poput zrcala. Oni hvataju neke gravitacijske valove koji bježe od crne rupe, omotavaju ih, prenoseći dio svog stanja uznemirenosti, a zatim ih se može otkriti instrumentima poput LIGO.
Prema proračunima znanstvenika, ti bi se odjeci mogli otkriti pomoću LIGO 0,1 i 0,3 sekunde nakon početnog oslobađanja gravitacijskog vala. I - evo i gle! Znanstvenici su postali svjedoci toga! Štoviše, događaj je promatran ne samo u okviru prvog otkrivanja gravitacijskih valova u veljači ove godine, nego i u okviru sva tri promatranja gravitacijskih valova ove godine.
Treba, naravno, razumjeti da se tri događaja teško mogu nazvati pouzdanim statističkim podacima. Stoga je još uvijek moguće da su ti odjeci bili neka vrsta pozadinske buke (1 u 270 slučajeva ili 2,9 Sigma greška), ali daljnja će opažanja pomoći istraživačima u stvaranju čvršće baze dokaza.
„Dobra vijest je da će se jasnoća i osjetljivost LIGO-a uskoro poboljšati, tako da imamo čvršću priliku u naredne dvije godine da potvrdimo ili demantiramo ta zapažanja“, kaže vodeći istraživač Niaesh Afshordi.
Čak i ako se odjeci mogu potvrditi, oni neće odgovoriti na pitanje kakvu razinu nejasnosti imaju crne rupe. Stoga je rješenje informacijskog paradoksa za sada odgođeno. Zasad je jedno jasno: jedno od najvažnijih otkrića u fizici ove godine postalo je još primamljivije.
NIKOLAY KHIZHNYAK