Neseniai pasirodęs Stepheno Hawkingo pranešimas sukėlė gana didelį sujudimą, netgi paskatino „Nature News“ paskelbti, kad nėra juodųjų skylių. Kaip rašiau ankstesniame įraše, ne visai tai, ką tvirtino Hawkingas. Tačiau dabar akivaizdu, kad Hawkingo teiginiai apie juodąsias skylutes yra klaidingi, nes paradoksas, kurį jis bando spręsti, nėra paradoksas.
Viskas priklauso nuo ugniasienės paradokso juodosioms skylėms. Pagrindinis juodosios skylės bruožas yra jos įvykių horizontas. Juodosios skylės įvykių horizontas iš esmės yra negrįžimo taškas artėjant prie juodosios skylės. Einšteino bendrojo reliatyvumo teorijoje įvykio horizontas yra vieta, kur erdvė ir laikas yra taip suvaržyti gravitacijos, kad niekada nepabėgsite. Perženkite įvykio horizontą ir esate amžinai įstrigę.
Šis įvykių horizonto vienpusis pobūdis jau seniai buvo iššūkis suprasti gravitacinę fiziką. Pavyzdžiui, atrodo, kad juodosios skylės horizontas pažeidžia termodinamikos dėsnius. Vienas iš termodinamikos principų yra tas, kad nieko temperatūra neturi būti lygi nuliui. Net labai šalti daiktai skleidžia nedidelę šilumą, tačiau jei juodoji skylė užfiksuoja šviesą, ji neišskiria jokios šilumos. Taigi juodosios skylės temperatūra būtų lygi nuliui, o tai neturėtų būti įmanoma.
Tada 1974 m. Stephenas Hawkingas pademonstravo, kad juodosios skylės spinduliuoja šviesą dėl kvantinės mechanikos. Kvantinėje teorijoje yra ribos to, ką galima žinoti apie objektą. Pavyzdžiui, jūs negalite žinoti tikslios objekto energijos. Dėl šio netikrumo sistemos energija gali kisti spontaniškai, tol, kol jos vidurkis išlieka pastovus. Tai, ką Hawkingas pademonstravo, yra tai, kad šalia įvykio horizonto gali atsirasti juodųjų skylių poros dalelių, kuriose viena dalelė įstrigusi įvykio horizonte (šiek tiek sumažindama juodųjų skylių masę), o kita gali ištrūkti kaip radiacija (atitraukdama šiek tiek juodosios skylės energija).
Nors Hawkingo radiacija išsprendė vieną juodųjų skylių problemą, ji sukūrė dar vieną problemą, vadinamą ugniasienės paradoksu. Kai kvantinės dalelės atsiranda poromis, jos yra įsipainiojusios, tai reiškia, kad jos yra sujungtos kvantiniu būdu. Jei vieną dalelę užfiksuoja juodoji skylė, o kitą ištrūksta, tada susipainiojusi poros pobūdis nutrūksta. Kvantinėje mechanikoje mes pasakytume, kad dalelių pora atsiranda grynoje būsenoje, o įvykio horizontas tarsi suardo tą būseną.
Praėjusiais metais buvo parodyta, kad jei Hawkingo radiacija yra grynos būsenos, tada ji arba negali spinduliuoti taip, kaip reikalauja termodinamika, arba sukuria aukštos energijos dalelių ugniasienę šalia įvykio horizonto paviršiaus. Tai dažnai vadinama ugniasienės paradoksu, nes pagal bendrą reliatyvumą, jei atsidūrėte šalia juodosios skylės įvykio horizonto, neturėtumėte pastebėti nieko neįprasto. Pagrindinė bendrojo reliatyvumo idėja (lygiavertiškumo principas) reikalauja, kad laisvai krintant link įvykio horizonto neturėtų būti siautėjanti ugniasienė, turinti daug energijos turinčių dalelių. Savo dokumente Hawkingas pasiūlė šio paradokso sprendimą, teigdamas, kad juodosios skylės neturi įvykių horizonto. Vietoj to, jie turi aiškių horizontų, kuriems nereikia ugniasienės, kad būtų paisoma termodinamikos. Taigi populiariojoje spaudoje paskelbta „nebėra juodųjų skylių“.
Tačiau ugniasienės paradoksas atsiranda tik tada, kai Hawkingo radiacija yra grynos būsenos, o Sabine'o Hossenfelderio praėjusio mėnesio straipsnis rodo, kad Hawkingo radiacija nėra gryna. Savo dokumente Hossenfelderis parodo, kad užuot sukėlęs porą įsipainiojusių dalelių, Hawkingo spinduliuotę lemia dvi poros įsipainiojusių dalelių. Viena įsipainiojusi pora patenka į juodąją skylę, o kita įsipainiojusi pora pabėga. Procesas yra panašus į originalų Hawkingo pasiūlymą, tačiau Hawkingo dalelės nėra grynos būsenos.
Taigi nėra jokio paradokso. Juodosios skylės gali spinduliuoti taip, kad atitiktų termodinamiką, o šalia įvykio horizonto esantis regionas neturi ugniasienės, kaip to reikalauja bendrasis reliatyvumas. Taigi Hawkingo pasiūlymas yra problemos, kurios nėra, sprendimas.
Tai, ką aš čia pateikiau, yra labai grubi situacijos apžvalga. Kalbu apie keletą subtilesnių aspektų. Norėdami gauti išsamesnę (ir nepaprastai aiškią) apžvalgą, skaitykite Ethano Seigelio įrašą savo tinklaraštyje „Starts With a Bang“! Taip pat peržiūrėkite įrašą Sabine Hossenfelder tinklaraštyje „Atgal reakcija“, kuriame ji pati pasakoja apie šią problemą.
