Nedavni članak Stephena Hawkinga stvorio je veliku pomutnju, čak su i vodeći News Nature izvijestili da nema crnih rupa. Kao što sam napisao u ranijem postu, Hawking to nije baš tako. Ali sad je jasno da Hawkingova tvrdnja o crnim rupama nije ispravna, jer paradoks koji pokušava riješiti uopće nije paradoks.
Sve se svodi na ono što je poznato kao paradoks vatrozida za crne rupe. Središnje obilježje crne rupe je njen horizont događaja. Horizont događaja crne rupe u osnovi je točka bez povratka kad se približi crnoj rupi. U Einsteinovoj teoriji opće relativnosti, horizont događaja je mjesto gdje su prostor i vrijeme toliko iskrivljeni gravitacijom da nikada ne možete pobjeći. Pređite horizont događaja i zauvijek ste u zamci.
Ova jednosmjerna priroda horizonta događaja odavno je bila izazov razumijevanju gravitacijske fizike. Na primjer, horizont događaja crne rupe čini se da krši zakone termodinamike. Jedno od načela termodinamike je da ništa ne bi trebalo imati temperaturu apsolutnu nulu. Čak i vrlo hladne stvari zrače malo topline, ali ako crna rupa zarobi svjetlost, onda ne odaje toplinu. Dakle, crna rupa bi imala temperaturu nula, što ne bi moglo biti moguće.
Tada je 1974. Stephen Hawking pokazao da crne rupe zrače svjetlost zbog kvantne mehanike. U kvantnoj teoriji postoje ograničenja u onome što se može znati o nekom predmetu. Na primjer, ne možete znati točnu energiju objekta. Zbog ove nesigurnosti, energija sustava može spontano fluktuirati sve dok njegov prosjek ostane konstantan. Ono što je Hawking pokazao jest da se u blizini horizonta događaja mogu pojaviti parovi crnih rupa, pri čemu jedna čestica ostane zarobljena u horizontu događaja (malo smanjujući masu crnih rupa), dok druga može pobjeći kao zračenje (odnoseći djelić energija crne rupe).
Dok je Hawkingova zračenja rješavala jedan problem s crnim rupama, stvorio je drugi problem poznat kao paradoks vatrozida. Kad se kvantne čestice pojave u parovima, one se isprepliću, što znači da su povezane na kvantni način. Ako jedna čestica bude zarobljena crnom rupom, a druga pobjegne, tada se isprepletena priroda para prekida. U kvantnoj mehanici rekli bismo da se par čestica pojavljuje u čistom stanju, a čini se da bi horizont događaja to stanje razbio.
Prošle godine pokazalo se da ako je Hawkingovo zračenje u čistom stanju, tada ili ne može zračiti na način koji zahtijeva termodinamika, ili će stvoriti vatrozid visokoenergetskih čestica blizu površine horizonta događaja. To se često naziva paradoks vatrozida, jer, prema općoj relativnosti, ako se nalazite u blizini horizonta crne rupe, ne biste trebali primijetiti ništa neobično. Temeljna ideja opće relativnosti (načelo ekvivalencije) nalaže da ako slobodno padate blizu obzorja događaja ne bi trebao postojati bijesni vatrozid visokoenergetskih čestica. U svom je radu Hawking predložio rješenje ovog paradoksa sugerirajući da crne rupe nemaju horizont događaja. Umjesto toga, oni imaju prividne horizonte koji ne zahtijevaju vatrozid da bi se pridržavali termodinamike. Otuda proglašenje „nema više crnih rupa“ u popularnom tisku.
No paradoks vatrozida nastaje samo ako je Hawkingovo zračenje u čistom stanju, a članak koji je prošlog mjeseca objavila Sabine Hossenfelder pokazuje da Hawkingovo zračenje nije u čistom stanju. U svom radu Hossenfelder pokazuje da umjesto zbog par isprepletenih čestica, Hawkingovo zračenje nastaje zbog dva para zapletenih čestica. Jedan zapleteni par zarobi se crna rupa, dok drugi zapleteni par pobjegne. Proces je sličan originalnom Hawkingovom prijedlogu, ali Hawkingove čestice nisu u čistom stanju.
Dakle, nema paradoksa. Crne rupe mogu zračiti na način koji se slaže s termodinamikom, a regija u blizini horizonta događaja nema vatrozid, baš kao što to zahtijeva opća relativnost. Dakle, Hawkingov prijedlog rješenje je problema koji ne postoji.
Ovdje sam iznio vrlo grub pregled situacije. Očarao sam nekim suptilnijim aspektima. Za detaljniji (i izvanredno jasan) pregled pogledajte post Ethana Seigela na njegovom blogu Starts With a Bang! Pogledajte i post na blogu Sabine Hossenfelder, Back Reaction, gdje sama govori o problemu.
