I februar i år gjorde astronomer en monumental opdagelse. Næsten hundrede år efter deres forudsigelse fra Albert Einstein har videnskabsmænd endelig opdaget tyngdekraftsbølger - "krusninger i rumtiden", oplyst af strålingen fra to fusionerende sorte huller. Denne iagttagelse var en meget klar bekræftelse af Einsteins generelle relativitetsteori, men på samme tid var denne begivenhed et fedt bevis på, at lovene i denne teori ophører med at fungere, så snart de når sorte hulers begivenhedshorisont.
Siden februar i år har Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) set gravitationsbølger i alt tre gange. Forskere har endelig kigget nærmere på resultaterne og hævder nu at have fundet bevis for såkaldte "ekko" inden for bølger, der udfordrer Einsteins forudsigelser om sorte huller.
Disse udsagn er i øjeblikket offentliggjort i det videnskabelige online-bibliotek ArXiv.org, hvor de kan analyseres af andre medlemmer af fysikersamfundet, før de præsenteres for peer review. Derfor er der en meget reel sandsynlighed for, at der findes nye fakta inden for rammerne af et eksternt kig på dataene om observationer af disse ekkoer. Derudover blev de fremlagte beviser leveret med en nøjagtighed på 5 Sigma, som er guldstandarden i fysikens verden. Dette betyder, at der i 3,5 millioner er en mulighed for, at observationerne er ren tilfældighed.
Men hvis andre undersøgelser viser, at dette "ekko" faktisk er til stede, vil det for fysik være en enorm begivenhed. Tidligere er det blevet antydet, at den generelle relativitetslovgivning smuldres til smedere, når man nærmer sig midten af sorte huller, men denne opdagelse vil vise, at lovene også holder op med at arbejde ved grænserne af disse rum-tid-fænomener. Hvis dette er tilfældet, kan dette være begyndelsen på fødslen af lovene i en helt ny fysik.
”Opdagelsen af LIGO og andre organisationer i perspektiv giver en fantastisk mulighed for at udforske nye fysiske love,” siger Steve Giddings, en sort hulforsker ved University of California, Santa Barbara, som ikke var involveret i den undersøgelse, der er beskrevet i dag.
Hvis ekkoerne viser sig at være en dummy, vil den generelle relativitet kun behøve at bestå endnu en test. I årtier har fysikere forsøgt at finpudse sorte huller i denne teori og forsøge at finde måder, der kan integrere det med kvantemekanik, men Einsteins teori har fungeret godt indtil nu.
Men inden vi fortsætter med diskussionen, lad os forstå, hvad disse ekkoer er, og hvordan de forholder sig til generel relativitet.
Det hele kommer ned på det såkaldte informationsparadoks med sorte huller. I henhold til Einsteins teori skal alt, der krydser sorte hulers begivenhedshorisont, forsvinde og ikke efterlade noget. I traditionel forstand betyder dette, at intet, ikke engang lys, er i stand til at komme ud af et sort hul (dermed forresten, navnet på dette objekt).
Salgsfremmende video:
For nylig har forskere været meget forundrede ved at teste denne teori. I henhold til kvantemekanikens love kan stof, der optages af et sort hul, faktisk efterlade et spor i form af information. Så hvordan kan begivenhedshorisonten samtidigt beskrives både ud fra den generelle relativitetssynsvinkel (alt ødelægges efter krydsning af dets grænser) og fra kvantemekanikkens synspunkt (fra objektet forbliver dens information)?
Dette spørgsmål er et af de mest vanskelige i moderne fysik, og forskere kan stadig ikke finde et svar på det.
En foreslået forklaring er firewallhypotesen fra 2012, som antyder, at der er ringe af stærkt ladede partikler omkring begivenhedshorisonten, der forbrænder ethvert stof, der passerer gennem dem.
Fysiker Stephen Hawking har en anden antagelse. Han mener, at sorte huller kan være omgivet af blødt "hår" (hår bruges naturligvis her som en metafor). Disse "hår" repræsenterer kvanteforstyrrelser med lav opladning og gemmer i sig selv underskrifter (information, hvis du vil) af alt det, der engang faldt ned i et sort hul.
Uanset hvilken hypotese, du er mere tilbøjelig til, er deres vigtigste budskab den samme: i stedet for den rene begivenhedshorisont, der er forudsagt af generel relativitet, kan sorte huls grænser være meget mere komplekse og uskarpe end vi forestillede os. Og det største problem her var, at vi ikke havde lejlighed til på en eller anden måde at verificere disse antagelser. Indtil LIGO detekterede gravitationsbølger.
Nu med de tilgængelige data foreslår et internationalt team af forskere en måde at finde ud af, hvad der sker omkring sorte huller. I henhold til den nye antagelse, hvis sorte hullers begivenhedshorisonter ikke virkelig egner sig til lovene om generel relativitet, så bør ekko forblive efter de indledende gravitationsbølger.
Ifølge forskerne vil det være muligt at opdage dem takket være”hårene”, der omgiver det sorte hul, som er i spændende tilstand og opfører sig på dette tidspunkt som spejle. De fanger nogle af tyngdekraften, der slipper ud af det sorte hul, indhyller dem, transmitterer noget af deres forstyrrelsestilstand, og kan derefter opdages ved hjælp af instrumenter som LIGO.
I henhold til forskernes beregninger kunne disse ekkoer påvises ved hjælp af LIGO 0,1 og 0,3 sekunder efter den første frigørelse af tyngdekraften. Og se og se! Forskere er blevet vidner om dette! Desuden blev begivenheden observeret ikke kun inden for rammerne af den første detektion af tyngdekraftsbølger i februar i år, men også inden for rammerne af alle tre observationer af tyngdekraftsbølger i år.
Det skal naturligvis forstås, at de tre begivenheder næppe kan kaldes pålidelige statistiske data. Så mens muligheden forbliver, at disse ekkoer var en form for baggrundsstøj (1 i 270 tilfælde, eller 2,9 Sigma-fejl), vil yderligere observationer hjælpe forskere med at opbygge en mere solid bevisbase.
”Den gode nyhed er, at klarheden og følsomheden i LIGO snart vil blive betydeligt forbedret, så vi har en fastere mulighed i løbet af de næste to år til at bekræfte eller benægte disse observationer,” sagde ledende forsker Niaesh Afshordi.
Selv hvis ekkoerne kan bekræftes, vil de ikke svare på spørgsmålet om, hvilket niveau af uklarhed grænsen for sorte huller har. Derfor er løsningen af informationsparadokset blevet udsat for nu. Indtil videre er en ting klar: En af de vigtigste opdagelser i fysik i år er blevet endnu mere fristende.
NIKOLAY KHIZHNYAK