Nedávny príspevok Stephena Hawkinga vyvolal dosť rozruch, dokonca vedúci Nature News vyhlasoval, že neexistujú žiadne čierne diery. Ako som písal v predchádzajúcom príspevku, nie je to presne to, čo tvrdil Hawking. Teraz je však zrejmé, že tvrdenie spoločnosti Hawking o čiernych dierach je nesprávne, pretože paradox, ktorý sa snaží riešiť, nie je koniec koncov paradoxný.
Všetko príde k tomu, čo je známe ako paradox firewall pre čierne diery. Ústrednou črtou čiernej diery je horizont udalostí. Horizont udalostí čiernej diery je v podstate bodom bez návratu, keď sa blížime k čiernej diere. V Einsteinovej teórii všeobecnej relativity je horizont udalostí taký, že priestor a čas sú tak deformované gravitáciou, že nikdy nemôžete uniknúť. Prejdite horizont udalostí a ste navždy v pasci.
Táto jednosmerná povaha horizontu udalostí je už dlho výzvou pre pochopenie gravitačnej fyziky. Napríklad sa zdá, že horizont udalostí čiernej diery porušuje zákony termodynamiky. Jedným z princípov termodynamiky je, že teplota by nemala mať absolútnu nulu. Dokonca aj veľmi chladné veci vyžarujú trochu tepla, ale ak sa čierna diera zachytí, potom to nevyžaruje. Takže čierna diera by mala teplotu nulovú, čo by nemalo byť možné.
Potom v roku 1974 Stephen Hawking preukázal, že čierne diery vyžarujú svetlo vďaka kvantovej mechanike. V kvantovej teórii existujú obmedzenia toho, čo sa dá o objekte vedieť. Napríklad nemôžete poznať presnú energiu objektu. Vďaka tejto neistote môže energia systému spontánne kolísať, pokiaľ jeho priemer zostáva konštantný. Hawking preukázal, že v blízkosti horizontu udalosti sa môžu objaviť páry častíc, kde sa jedna časť častíc zachytí v horizonte udalostí (mierne sa zníži hmotnosť čiernych dier), zatiaľ čo druhá môže uniknúť ako žiarenie (čo odvádza trochu častice). energia čiernej diery).
Zatiaľ čo žiarenie Hawking vyriešilo jeden problém s čiernymi dierami, vytvorilo sa však ďalší problém známy ako paradox brány firewall. Keď sa kvantové častice objavia v pároch, sú zapletené, čo znamená, že sú spojené kvantovo. Ak je jedna častica zachytená čiernou dierou a druhá unikne, je zamotaná povaha páru prerušená. V kvantovej mechanike by sme povedali, že pár častíc sa objavuje v čistom stave a zdá sa, že horizont udalostí tento stav narušuje.
Minulý rok sa ukázalo, že ak je Hawkingove žiarenie v čistom stave, nemôže buď vyžarovať termodynamickú cestu, alebo by vytvoril firewall vysokoenergetických častíc blízko povrchu horizontu udalostí. Toto sa často nazýva paradox firewallu, pretože podľa všeobecnej relativity, ak sa nachádzate blízko horizontu udalostí čiernej diery, nemali by ste si všimnúť nič neobvyklé. Základná myšlienka všeobecnej relativity (princíp ekvivalencie) si vyžaduje, aby ste, ak voľne padáte smerom k horizontu udalostí, nemal existovať zúriaci firewall vysokoenergetických častíc. Hawking vo svojom príspevku navrhol riešenie tohto paradoxu tým, že navrhol, aby čierne diery nemali horizont udalostí. Namiesto toho majú zjavné horizonty, ktoré nevyžadujú, aby firewall dodržiaval termodynamiku. Preto je v populárnej tlači vyhlásenie „už žiadne čierne diery“.
Paradox firewallu však vzniká iba vtedy, ak je Hawkingove žiarenie v čistom stave a dokument z minulého mesiaca od Sabine Hossenfelderovej ukazuje, že Hawkingove žiarenie nie je v čistom stave. Vo svojom článku Hossenfelder ukazuje, že namiesto toho, aby bolo spôsobené párom zapletených častíc, je Hawkingove žiarenie spôsobené dvoma pármi zapletených častíc. Jeden zamotaný pár sa zachytí čiernou dierou, zatiaľ čo druhý zamotaný pár unikne. Tento proces je podobný pôvodnému návrhu spoločnosti Hawking, ale častice Hawking nie sú v čistom stave.
Takže neexistuje žiadny paradox. Čierne diery môžu vyžarovať spôsobom, ktorý je v súlade s termodynamikou, a región blízko horizontu udalostí nemá firewall, ako to vyžaduje všeobecná relativita. Návrh spoločnosti Hawking je teda riešením problému, ktorý neexistuje.
Tu som uviedol veľmi hrubý prehľad o situácii. Vybral som si niektoré z jemnejších aspektov. Pre podrobnejší (a pozoruhodne jasný) prehľad si pozrite príspevok Ethana Seigela na jeho blogu Začíname s treskom! Prečítajte si tiež príspevok na blogu Sabine Hossenfelderovej, Back Reaction, kde sama hovorí o tomto probléme.
