Η 'χωρίς μαλλιά' μαύρη τρύπα αντικατοπτρίζεται σε περισσότερα καθημερινά αντικείμενα υποστηρίζει ένας φυσικός

Πηγή: Πανεπιστήμιο Washington, 25 Φεβρουαρίου 2009

Μια νέα έρευνα από τον φυσικό Clifford Will στο Πανεπιστήμιο Ουάσιγκτον στο St. Louis μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να ανακαλύψουν περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, που γύρω τους στρέφονται μικρότερες μαύρες τρύπες στο διάστημα. Κι αυτό χάρις σε ένα μυστήριο 40 χρόνων που επανεξετάζεται τώρα: πώς ένα νευτώνειο σύστημα μπορεί να μιμείται τις 'χωρίς μαλλιά' περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες.

Μια μαύρη τρύπα είναι ένα αντικείμενο τόσο πυκνό που το πεδίο βαρύτητας του φυλακίζει μόνιμα οτιδήποτε έρχεται πολύ κοντά της, ακόμη και το φως. Οι δε συνηθισμένοι νόμοι της φυσικής επίσης καταρρέουν και δεν ισχύουν στην γειτονιά της.

Μια μαθηματική αναπαράσταση μιας μικρής μαύρης τρύπας που στρέφεται γύρω από μία μεγαλύτερη. Ο φυσικός Clifford Will ελπίζει να μάθει περισσότερα για το πώς σταματούν αυτές οι τροχιές, όπου η σχετικιστική σταθερά Carter παίζει ένα βασικό ρόλο

Η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν υπονοεί ότι οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες έχουν μόνο δύο παρατηρήσιμες ιδιότητες: τη μάζα και το σπιν τους. Αυτή η απλότητα μερικές φορές συνοψίζεται με τη φράση "οι μαύρες τρύπες δεν έχουν μαλλιά."

Ένα μικρό αντικείμενο που θεωρητικά στρέφεται γύρω από μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα είναι ένα πολύπλοκο φαινόμενο. Ακολουθεί μια πορεία σε σχήμα συστρεφόμενης ρόδας χωρίς καμιά διακριτή κανονικότητα, αν και υπάρχουν δύο ποσότητες που συνδέονται με το δορυφόρο αντικείμενο, είναι η ενέργεια και η στροφορμή του, που παραμένουν σταθερές με τον χρόνο.

Το 1968, ο θεωρητικός φυσικός και κοσμολόγος Brandon Carter διαπίστωσε ότι ένα τέτοιο σωματίδιο που στρέφεται σπειροειδώς έχει και μια τρίτη μεταβλητή σταθερό. Η έννοια αυτής της ποσότητας, που λέγεται "σταθερά Carter', παραμένει κάπως μυστηριώδης.

Τελευταία ο Clifford Will στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον διαπίστωσε ότι ακόμα και μεταξύ των αντικειμένων που ακολουθούν νόμους της βαρύτητας, ρυθμίσεις μπορεί να υπάρχει των οποίων το πεδίο βαρύτητας εισάγει μια σταθερά της κίνησης σαν του Carter. Αποκλίσεις στο σχήμα του βαρυτικού πεδίου καθορίζονται από εξισώσεις ταυτόσημες με εκείνες που ισχύουν για περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, που ονομάζονται επίσης και μαύρες τρύπες Kerr.

Ένα συνηθισμένο βαρυτικό, ή Νευτώνειο σύστημα που διαθέτει αυτό το χαρακτηριστικό είναι εκπληκτικά απλό: δύο ίσες σημειακές μάζες που ηρεμούν σε μια σταθερή απόσταση, γράφει σε μια μελέτη του ο Clifford Will στο περιοδικό Physical Review Letters.

"Έμεινα εντελώς εμβρόντητος όταν είδα ότι η Νευτώνεια συνθήκη για μια σταθερά Carter ήταν ταυτόσημη με τη συνθήκη που επιβάλλεται από το θεώρημα για μια μαύρη τρύπα χωρίς μαλλιά," λέει ο Will.

"Γιατί άραγε συμβαίνει αυτό; Μέχρι στιγμής, δεν έχω ιδέα. Αλλά αυτό που πραγματικά ελπίζω είναι ότι αν μάθουμε κάτι σχετικά με αυτή την περίεργη σταθερά στο απλούστερο Νευτώνειο πλαίσιο, τότε θα διδαχθούμε πολλά για το πώς στρέφονται οι μικρές μαύρες τρύπες γύρω από τεράστιες μαύρες τρύπες στη Γενική Σχετικότητα, όπου η σχετικιστική σταθερά Carter διαδραματίζει έναν σημαντικό ρόλο."

Κι αυτό έχει κάποιες συνέπειες για την αστρονομία, αναφέρει, διότι τα σήματα από τέτοια γεγονότα μπορούν να είναι ανιχνεύσιμα μέσω εξωτικών εκπομπών,  που προβλέφθηκαν από τον Αϊνστάιν, και είναι γνωστές ως βαρυτικά κύματα, δηλαδή οι διακυμάνσεις στη δομή του χώρου και του χρόνου. Ανιχνευτές όπως είναι το LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) στις Ηνωμένες Πολιτείες και το προτεινόμενο LISA (Laser Interferometer Space Antenna) μπορεί να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν τις διακυμάνσεις αυτές του χωροχρόνου, πρόσθεσε.

Πολλοί φυσικοί για δεκαετίες - μεταξύ των οποίων και ο Hawking - πίστευαν ότι αν πέσει κάτι μέσα σε μια μαύρη τρύπα, η πληροφορία που μεταφέρει το αντικείμενο χάνεται και δεν επιστρέφει ποτέ. Όπως ξέρουμε οι μόνες μετρήσιμες παράμετροι μιας μαύρης τρύπας είναι η μάζα, η στροφορμή και το φορτίο της. Οι φυσικοί έλεγαν πως ό,τι κι αν ρίξουμε μέσα της, χάνουμε όλες του τις πληροφορίες. Έτσι βγήκε και το ρητό (που αποδίδεται στον Σοβιετικό φυσικό Yakov Borisovich Zel'dovich) ότι οι μαύρες τρύπες δεν έχουν μαλλιά - εννοώντας ότι έχουν χάσει όλες τους τις πληροφορίες, εκτός από τις τρεις παραπάνω ιδιότητες.

Ο Hawking μάλιστα πριν τριάντα τόσα χρόνια έβαλε ένα στοίχημα με άλλους φυσικούς ότι είναι αδύνατο να διαρρεύσουν πληροφορίες από μια μαύρη τρύπα. Όποιος έχανε στο στοίχημα θα έδινε στον άλλον μια εγκυκλοπαίδεια που, σε αντίθεση με τις μαύρες τρύπες, επιτρέπει την άντληση πληροφοριών.

Οι περισσότεροι φυσικοί ήθελαν να πιστεύουν πως η πληροφορία δε χάνεται ποτέ, γιατί έτσι ο κόσμος μας γινόταν ασφαλής και προβλέψιμος. Για παράδειγμα οι φυσικοί των χορδών επέμεναν ότι οι πληροφορίες δεν μπορούσαν να χαθούν και στοιχημάτιζαν ότι τελικά θα μάθουμε πού πηγαίνουν οι πληροφορίες που χάνονται.

Τελικά, τον Ιούλιο του 2004, σε μια αναπάντεχη μεταστροφή του ο Hawking ανακοίνωσε ότι είχε κάνει λάθος για το πρόβλημα της πληροφορίας.  Επαναλαμβάνοντας κάποιους παλιότερους υπολογισμούς του, ο Χόκινγκ κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αν ένα αντικείμενο, για παράδειγμα ένα βιβλίο, πέσει σε μια μαύρη τρύπα, μπορεί να διαταράξει το πεδίο ακτινοβολίας της, με αποτέλεσμα η πληροφορία να διαρρεύσει ξανά στο σύμπαν. Σε αυτή την περίπτωση, οι πληροφορίες που περιείχε το βιβλίο θα κωδικοποιούνταν στην ακτινοβολία που εκπέμπει αργά-αργά η μαύρη τρύπα, αλλά σε συγκεχυμένη μορφή. Η παραδοχή του οφειλόταν σε υπολογισμούς στηριγμένους στη θεωρία υπερχορδών, που δέχεται ότι υπό προϋποθέσεις μπορεί η πληροφορία να διαρρεύσει από το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας.