Θεωρίες φυσικής

Σε αντίθεση με τη θεωρία του Αϊνστάιν οι μαύρες τρύπες μπορεί να έχουν «μαλλιά»

Written by Δ.Μ.

Μια νέα μελέτη δείχνει ότι οι ακραίες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να κάνουν το διάσημο θεώρημα «χωρίς μαλλιά» να μην ισχύει και με τρόπο που θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε. Οι μαύρες τρύπες, σύμφωνα με τη θεωρία της βαρύτητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, μπορούν να έχουν μόνο τρία χαρακτηριστικά – μάζα, σπιν και φορτίο. Εάν αυτές οι τιμές είναι ίδιες για οποιεσδήποτε δύο μαύρες τρύπες, είναι αδύνατο να διακρίνουμε τη μία από την άλλη. Οι μαύρες τρύπες, όπως λένε οι αστροφυσικοί, δεν έχουν μαλλιά.

Share

Μια νέα μελέτη δείχνει ότι οι ακραίες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να κάνουν το διάσημο θεώρημα «χωρίς μαλλιά» να μην ισχύει και με τρόπο που θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε. Οι μαύρες τρύπες, σύμφωνα με τη θεωρία της βαρύτητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν, μπορούν να έχουν μόνο τρία χαρακτηριστικά – μάζα, σπιν και φορτίο. Εάν αυτές οι τιμές είναι ίδιες για οποιεσδήποτε δύο μαύρες τρύπες, είναι αδύνατο να διακρίνουμε τη μία από την άλλη. Οι μαύρες τρύπες, όπως λένε οι αστροφυσικοί, δεν έχουν μαλλιά.

Hairy_Black_Holes

«Στην κλασική γενική σχετικότητα, θα ήταν ακριβώς ίδιες», δήλωσε ο Paul Chesler , θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. «Δεν μπορείς να βρεις τη διαφορά.»

Ωστόσο, οι επιστήμονες έχουν αρχίσει να αναρωτιούνται αν το «θεώρημα χωρίς μαλλιά» είναι απολύτως αληθινό. Το 2012, ένας μαθηματικός με το όνομα Στέφανος Αρετάκης – τότε στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ και τώρα στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο που πρόσφατα πήρε βραβείο από το ίδρυμα Μποδοσάκη – πρότεινε ότι ορισμένες μαύρες τρύπες ενδέχεται να έχουν αστάθεια στους ορίζοντές τους. Είναι η λεγόμενη αστάθεια Αρετάκη. Αυτές οι αστάθειες θα έδιναν σε ορισμένες περιοχές του ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας μια ισχυρότερη βαρυτική έλξη από κάποιες άλλες. Αυτό θα κάνει τις κατά τα άλλα όμοιες μαύρες τρύπες διακριτές .

Ωστόσο, οι εξισώσεις του έδειξαν μόνο ότι αυτή η διάκριση ήταν δυνατό για τις λεγόμενες ακραίες μαύρες τρύπες – αυτές που έχουν τη μέγιστη δυνατή τιμή είτε για τη μάζα τους, είτε για την ιδιοπεριστροφή είτε για το φορτίο τους. Και όσο γνωρίζουμε, «αυτές οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να υπάρχουν, τουλάχιστον στη φύση», δήλωσε ο Τσέσλερ.

Τι γίνεται όμως αν είχατε μια σχεδόν ακραία μαύρη τρύπα, μια που πλησίαζε αυτές τις ακραίες τιμές αλλά δεν τις έφτασε; Μια τέτοια μαύρη τρύπα θα πρέπει να μπορεί να υπάρχει, τουλάχιστον θεωρητικά. Θα μπορούσε όμως να έχει ανιχνεύσιμες παραβιάσεις του θεωρήματος χωρίς μαλλιά;

Μια δημοσίευση στα τέλη του περασμένου μήνα δείχνει ότι θα μπορούσε. Επιπλέον, αυτά τα μαλλιά θα μπορούσαν να ανιχνευθούν από παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων.

«Ο Αρετάκης βασικά πρότεινε ότι υπήρχαν κάποιες πληροφορίες που είχαν μείνει στον ορίζοντα», δήλωσε ο Ινδός Gaurav Khanna , φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης και του Rhode Island και ένας από τους συν-συγγραφείς της νέας εργασίας. “Η δημοσίευση  μας ανοίγει τη δυνατότητα μέτρησης αυτών των μαλλιών.”

Συγκεκριμένα, οι επιστήμονες προτείνουν ότι τα υπολείμματα είτε του σχηματισμού της μαύρης τρύπας είτε των μεταγενέστερων διαταραχών, όπως η ύλη που πέφτει στη μαύρη τρύπα, θα μπορούσαν να δημιουργήσουν βαρυτικές αστάθειες πάνω ή κοντά στον ορίζοντα γεγονότος μιας σχεδόν ακραίας μαύρης τρύπας. «Θα περιμέναμε ότι το βαρυτικό σήμα που θα δούμε με το LIGO θα ήταν πολύ διαφορετικό από τις συνηθισμένες μαύρες τρύπες που δεν είναι ακραίες», δήλωσε ο Khanna.

Εάν οι μαύρες τρύπες έχουν μαλλιά – διατηρώντας έτσι κάποιες πληροφορίες για το παρελθόν τους – αυτό θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στο περίφημο παράδοξο πληροφοριών για τις μαύρες τρύπες που πρόβλεψε ο Stephen Hawking, δήλωσε η Lia Medeiros , αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών στο Πρίνστον. Αυτό το παράδοξο δείχνει τη θεμελιώδη σύγκρουση μεταξύ της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής, τους δύο μεγάλους πυλώνες της φυσικής του 20ου αιώνα. «Εάν παραβιάζετε μια από τις παραδοχές του παραδόξου των πληροφοριών, ίσως να είστε σε θέση να λύσετε το ίδιο το παράδοξο», δήλωσε η Medeiros. «Μία από τις παραδοχές είναι το θεώρημα χωρίς μαλλιά.»

Οι συνέπειες αυτού θα μπορούσαν να είναι ευρείες. «Αν μπορούμε να αποδείξουμε ότι ο πραγματικός χωροχρόνος της μαύρης τρύπας έξω από τη μαύρη τρύπα είναι διαφορετικός από αυτό που περιμένουμε, τότε νομίζω ότι αυτό θα έχει πραγματικά τεράστιες επιπτώσεις στη γενική σχετικότητα», δήλωσε η Μεντεείρος, ο οποίος συνέγραψε μία εργασία τον Οκτώβριο του 2020, που εξέτασε εάν η παρατηρούμενη γεωμετρία των μαύρων οπών είναι σύμφωνη με τις προβλέψεις.

Ίσως η πιο συναρπαστική πτυχή αυτής της τελευταίας εργασίας, είναι ότι θα μπορούσε να προσφέρει έναν τρόπο για να συγχωνεύσουμε τις παρατηρήσεις των μαύρων οπών με τη θεμελιώδη φυσική. Η ανίχνευση μαλλιών σε μαύρες τρύπες – ίσως τα πιο ακραία αστροφυσικά εργαστήρια στο σύμπαν – θα μπορούσε να μας επιτρέψει να διερευνήσουμε ιδέες όπως η θεωρία χορδών και η κβαντική βαρύτητα με έναν τρόπο που δεν ήταν ποτέ δυνατό πριν.

Απλώς αποδεικνύεται ότι οι εξισώσεις του Αϊνστάιν είναι τόσο περίπλοκες που ανακαλύπτουμε νέες ιδιότητές τους σε ετήσια βάση.

Πολ Τσέσλερ

«Ένα από τα μεγάλα ζητήματα με τη θεωρία χορδών και την κβαντική βαρύτητα είναι ότι είναι πραγματικά δύσκολο να δοκιμάσουμε αυτές τις προβλέψεις», δήλωσε η Μεντέιρος. “Έτσι, αν έχετε κάτι που μπορεί να ελεγχθεί εξ αποστάσεως, είναι εκπληκτικό.”

Ωστόσο, υπάρχουν μεγάλα εμπόδια. Δεν είναι σίγουρο ότι υπάρχουν σχεδόν ακραίες μαύρες τρύπες. Οι καλύτερες προσομοιώσεις αυτή τη στιγμή συνήθως παράγουν μαύρες τρύπες που απέχουν 30% από το να είναι ακραίες, λέει ο Chesler. Και ακόμα κι αν το κάνουν, δεν είναι σαφές εάν οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων θα ήταν αρκετά ευαίσθητοι για να εντοπίσουν αυτές τις αστάθειες από τα μαλλιά.

Επιπλέον, τα μαλλιά αναμένεται να είναι απίστευτα βραχύβια, διαρκούν μόνο κλάσματα του δευτερολέπτου.

Αλλά η ίδια η δημοσίευση, τουλάχιστον κατ ‘αρχήν, φαίνεται σωστή. «Δεν νομίζω ότι κανένας στην κοινότητα το αμφιβάλλει», είπε ο Τσέσλερ. «Απλώς αποδεικνύεται ότι οι εξισώσεις του Αϊνστάιν είναι τόσο περίπλοκες που ανακαλύπτουμε νέες ιδιότητές τους σε ετήσια βάση. ”

Το επόμενο βήμα θα ήταν να δούμε τι είδους σήματα θα πρέπει να αναζητούμε στους ανιχνευτές βαρύτητάς μας – είτε LIGO και Virgo, που λειτουργούν σήμερα, είτε μελλοντικά όργανα όπως το διαστημικό όργανο LISA της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος .

«Κάποιος πρέπει τώρα να βασιστεί στη δουλειά του και να υπολογίσει πραγματικά ποια θα ήταν η συχνότητα αυτής της βαρυτικής ακτινοβολίας και να καταλάβει πώς θα μπορούσαμε να τη μετρήσουμε και να την αναγνωρίσουμε», δήλωσε η Helvi Witek , αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις. “Το επόμενο βήμα είναι να πάμε από αυτήν την πολύ ωραία και σημαντική θεωρητική μελέτη σε ποιά θα ήταν η υπογραφή.”

Υπάρχουν πολλοί λόγοι που θέλουμε να το κάνουμε. Ενώ οι πιθανότητες μιας ανίχνευσης που θα αποδείξει τη σωστή μελέτη είναι μικρές, μια τέτοια ανακάλυψη όχι μόνο θα προκαλέσει σε αναθεώρηση τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, αλλά θα αποδείξει την ύπαρξη σχεδόν ακραίων μαύρων τρυπών.

«Θα θέλαμε να μάθουμε αν η φύση θα επέτρεπε ακόμη και ένα τέτοιο θηρίο να υπάρχει», λέει ο Khanna. «Θα είχε πολύ δραματικές επιπτώσεις στον τομέα μας».

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share