Ez év februárjában a csillagászok monumentális felfedezést hajtottak végre. Majdnem száz évvel azután, hogy Albert Einstein megjósolta, a tudósok végre felfedezték a gravitációs hullámokat - "hullámokat az űridésben", amelyeket két összeolvadó fekete lyuk sugárzása világít meg. Ez a megfigyelés Einstein általános relativitáselméletének nagyon világos megerősítését jelentette, ugyanakkor ez az esemény merész bizonyíték volt arra, hogy ennek az elméletnek a törvényei működnek, amint elérték a fekete lyukak horizontját.
Idén február óta a lézerinterferometrikus gravitációs hullámmegfigyelő intézet (LIGO) összesen háromszor látta a gravitációs hullámokat. A kutatók végül alaposan megvizsgálták az eredményeket, és most azt állítják, hogy bizonyítékot találtak az úgynevezett "visszhangok" -ra hullámokon belül, amelyek megkérdőjelezik Einstein előrejelzését a fekete lyukakról.
Ezeket az állításokat jelenleg közzéteszik az ArXiv.org online tudományos könyvtárban, ahol a fizikus közösség más tagjai elemezhetik azokat, mielőtt szakértői áttekintésre mutatnák be. Ezért nagyon valószínű annak valószínűsége, hogy új tényeket találnak e visszhangok megfigyeléseire vonatkozó adatok külső áttekintése keretében. Ezenkívül a bemutatott bizonyítékokat 5 Sigma pontossággal adták meg, ami a fizika világának aranyszabálya. Ez azt jelenti, hogy a 3,5 millióban van egy esély, hogy a megfigyelések pusztán véletlen egybeesések.
Ha azonban más tanulmányok azt mutatják, hogy ez a "visszhang" valóban jelen van, akkor a fizika számára ez hatalmas esemény lesz. Korábban azt javasolták, hogy az általános relativitáselméleti törvények a fekete lyukak közepére való közeledéskor összeomlanak, de ez a felfedezés megmutatja, hogy a törvények ezen a tér-idő jelenség határain is megállnak. Ha ez így van, akkor ez teljesen új fizika törvényeinek megszületését kezdeményezheti.
„A LIGO és más szervezetek perspektíva felfedezése csodálatos lehetőséget kínál új fizikai törvények felfedezésére” - mondja Steve Giddings, a Santa Barbara-i Kaliforniai Egyetem fekete lyuk kutatója, aki nem vett részt a ma leírt tanulmányban.
Ha a visszhangok dummynek bizonyulnak, akkor az általános relativitáselméletnek csak egy újabb tesztet kell teljesítenie. A fizikusok évtizedek óta megpróbálták fekete lyukakat beilleszteni ebbe az elméletbe, megkísérelve olyan módszereket találni, amelyek integrálhatnák a kvantummechanikával, ám Einstein elmélete eddig jól működött.
De mielőtt folytatnánk a vitát, megértsük, mi ezek a visszhangok és hogyan kapcsolódnak az általános relativitáselmélethez.
Mindez a fekete lyukak úgynevezett információs paradoxonjára vezethető vissza. Einstein elmélete szerint mindennek, ami átlép a fekete lyukak horizontján, eltűnnie kell, és semmit sem szabad hátrahagyni. Hagyományos értelemben ez azt jelenti, hogy semmi, még fény sem, nem képes kijutni a fekete lyukból (így egyébként ennek a tárgynak a neve).
Promóciós videó:
A közelmúltban a tudósok nagy zavarban vannak ennek az elméletnek a tesztelésével. Valójában a kvantummechanika törvényei szerint a fekete lyuk által felvett anyag valójában nyomot hagyhat információ formájában. Tehát hogyan lehet egyidejűleg leírni az eseményhorizontot mind az általános relativitáselmélet szempontjából (minden elpusztul a határok átlépése után), mind a kvantummechanika szempontjából (a tárgytól az információ megmarad)?
Ez a kérdés a modern fizika egyik legnehezebb kérdése, és a tudósok még mindig nem találnak választ erre.
Az egyik javasolt magyarázat a 2012-es tűzfalhipotézis, amely azt sugallja, hogy az eseményhorizont körül erősen töltött részecskék vannak gyűrűkben, amelyek minden olyan anyagot elégetnek, amely áthalad rajtuk.
A Stephen Hawking fizikus más feltevéssel rendelkezik. Úgy véli, hogy a fekete lyukakat puha "haj" veszi körül (a hajat itt természetesen metaforaként használják). Ezek a "szőrszálak" alacsony töltésű kvantumzavarokat jelentenek, és aláírást (ha szükséges) információkat tartalmaznak mindazokról, amelyek valaha fekete lyukba estek.
Függetlenül attól, hogy melyik hipotézisre hajlamosabb, fő üzenetük ugyanaz: az általános relativitáselmélet által megjósolt tiszta eseményhorizont helyett a fekete lyukak határok sokkal összetettebbek és homályosabbak lehetnek, mint gondolnánk. És itt a fő probléma az volt, hogy nem voltunk lehetőségeink ezeket a feltételezéseket valamilyen módon ellenőrizni. Amíg a LIGO nem észlelte a gravitációs hullámokat.
Most, a rendelkezésre álló adatokkal együtt, egy nemzetközi kutatócsoport javaslatot tesz arra, hogy megtudja, mi történik a fekete lyukak körül. Az új feltevés szerint, ha a fekete lyukak eseményhorizontja valójában nem felel meg az általános relativitáselmélet törvényének, akkor a visszhangoknak a kezdeti gravitációs hullámok után meg kell maradniuk.
A kutatók szerint a fekete lyukot körülvevő „szőrszálak” révén felismerhetők lesznek, amelyek izgalomban vannak és ebben a pillanatban tükörként viselkednek. Elfogják a fekete lyukból kiszabaduló gravitációs hullámokat, bekerítik azokat, és zavart állapotukba továbbítják, majd olyan eszközökkel észlelhetők, mint a LIGO.
A tudósok számításai szerint ezeket a visszhangokat 0,1 gramm LIGO-val és 0,3 másodperccel detektálhattuk a gravitációs hullám kezdeti felszabadulása után. És - íme, íme! A tudósok ennek tanúi lettek! Ezenkívül az eseményt nemcsak a gravitációs hullámok első észlelése, az ez év februárja során, hanem az év három gravitációs hullámának a megfigyelése keretében is megfigyelték.
Természetesen meg kell érteni, hogy a három eseményt alig lehet megbízható statisztikai adatnak nevezni. Tehát, bár fennáll annak a lehetősége, hogy ezek a visszhangok valamiféle háttérzajnak bizonyultak (270 esetben 1 eset, vagy 2,9 Sigma hiba), a további megfigyelések segítenek a kutatóknak egy szilárdabb bizonyítékbázis felépítésében.
"A jó hír az, hogy a LIGO egyértelműsége és érzékenysége hamarosan jelentősen javul, tehát a következő két évben keményebb lehetőségünk van megerősíteni vagy tagadni ezeket a megfigyeléseket" - mondta Niaesh Afshordi vezető kutató.
Még ha a visszhangok is megerősíthetők, nem válaszolnak arra a kérdésre, hogy a fekete lyukak milyen mértékű zavarosságot mutatnak. Ezért az információs paradoxon megoldását egyelőre elhalasztották. Eddig egy dolog egyértelmű: a fizika ezen év egyik legfontosabb felfedezése még inkább kísértővé vált.
NIKOLAY KHIZHNYAK