În februarie a acestui an, astronomii au făcut o descoperire monumentală. La aproape o sută de ani de la predicția lor de către Albert Einstein, oamenii de știință au descoperit în sfârșit valuri gravitaționale - „ondulări în spațiu-timp”, iluminate de radiațiile a două găuri negre care fuzionează. Această observație a fost o confirmare foarte clară a teoriei generale a relativității lui Einstein, dar, în același timp, acest eveniment a fost o dovadă îndrăzneață că legile acestei teorii încetează să funcționeze de îndată ce ajung la orizontul evenimentului al găurilor negre.
Începând cu luna februarie a acestui an, Observatorul laser interferometric gravitațional al undelor (LIGO) a văzut undele gravitaționale în total de trei ori. Cercetătorii au aruncat în sfârșit o privire atentă asupra constatărilor și acum susțin că au găsit dovezi ale așa-numitelor „ecouri” în valuri care contestă predicțiile lui Einstein cu privire la găurile negre.
Aceste declarații sunt publicate în prezent în biblioteca științifică online ArXiv.org, unde pot fi analizate de către alți membri ai comunității fizicienilor, înainte de a fi prezentate revizilor de la egal la egal. Prin urmare, există o probabilitate foarte reală să se constate fapte noi în cadrul unei examinări exterioare a datelor privind observațiile acestor ecouri. În plus, dovezile prezentate au fost furnizate cu o precizie de 5 Sigma, care este standardul de aur în lumea fizicii. Aceasta înseamnă că în 3,5 milioane există o singură posibilitate ca observațiile să fie pure coincidențe.
Totuși, dacă alte studii arată că acest „ecou” este de fapt prezent, atunci pentru fizică va fi un eveniment uriaș. Anterior, s-a sugerat ca legile relativității generale să se sfărâme până la smithereens când se apropie de centrul găurilor negre, dar această descoperire va arăta că legile încetează să funcționeze și la granițele acestor fenomene spațio-temporale. Dacă este așa, atunci acesta poate fi începutul nașterii legilor unei fizici complet noi.
„Descoperirea LIGO și a altor organizații din perspectivă oferă o oportunitate uimitoare de a explora noi legi fizice”, spune Steve Giddings, un cercetător cu găuri negre la Universitatea din California, Santa Barbara, care nu a fost implicat în studiul descris astăzi.
Dacă ecourile se dovedesc a fi un manechin, atunci relativitatea generală va trebui să treacă doar un alt test. Timp de zeci de ani, fizicienii au încercat să regleze găurile negre în această teorie, încercând să găsească modalități care să o integreze cu mecanica cuantică, dar teoria lui Einstein s-a descurcat bine până acum.
Dar înainte de a continua discuția, să înțelegem care sunt aceste ecouri și cum se raportează la relativitatea generală.
Totul se rezumă la așa-numitul paradox informațional al găurilor negre. Conform teoriei lui Einstein, tot ceea ce traversează orizontul de eveniment al găurilor negre ar trebui să dispară, fără a lăsa nimic în urmă. În sensul tradițional, acest lucru înseamnă că nimic, nici măcar ușor, nu este capabil să iasă dintr-o gaură neagră (de aici, apropo, numele acestui obiect).
Video promotional:
Recent, oamenii de știință au fost foarte încurcați testând această teorie. Într-adevăr, conform legilor mecanicii cuantice, materia absorbită de o gaură neagră poate lăsa de fapt o urmă sub formă de informații. Deci, cum poate fi descris simultan orizontul evenimentului atât din punctul de vedere al relativității generale (totul este distrus după trecerea granițelor sale), cât și din punct de vedere al mecanicii cuantice (din obiect, informațiile sale rămân)?
Această întrebare este una dintre cele mai dificile din fizica modernă, iar oamenii de știință încă nu pot găsi un răspuns la aceasta.
O explicație sugerată este ipoteza firewallului din 2012, care sugerează că există inele de particule puternic încărcate în jurul orizontului evenimentului, care incinerează orice materie care trece prin ele.
Fizicianul Stephen Hawking are o presupunere diferită. El consideră că găurile negre pot fi înconjurate de „păr” moale (părul este, desigur, folosit aici ca metaforă). Acești „fire de păr” reprezintă tulburări cuantice cu încărcare redusă și dețin semnături (informații, dacă veți dori) a tot ceea ce odată a căzut într-o gaură neagră.
Indiferent de ipoteza în care sunteți mai înclinat, mesajul lor principal este același: în loc de orizontul curat de eveniment prevăzut de relativitatea generală, granițele găurilor negre pot fi mult mai complexe și mai încețoșate decât ne-am imaginat. Și principala problemă aici a fost că nu am avut ocazia să verificăm cumva aceste presupuneri. Până când LIGO a detectat undele gravitaționale.
Acum, cu datele disponibile, o echipă internațională de cercetători propune o modalitate de a afla ce se întâmplă în jurul găurilor negre. Conform noii presupuneri, dacă orizonturile de eveniment ale găurilor negre nu se acordă cu adevărat legilor relativității generale, atunci ecourile ar trebui să rămână după undele gravitaționale inițiale.
Potrivit cercetătorilor, va fi posibil să le detectăm datorită „firelor de păr” din jurul găurii negre, care se află într-o stare de emoție și se comportă în acest moment ca oglinzi. Aceștia captează o parte din undele gravitaționale care scapă din gaura neagră, le înfășoară, transmitând o parte din starea lor de perturbare și apoi pot fi detectate de instrumente precum LIGO.
Conform calculelor oamenilor de știință, aceste ecouri ar putea fi detectate folosind LIGO 0,1 și 0,3 secunde după eliberarea inițială a undei gravitaționale. Și - iată și iată! Oamenii de știință au devenit martori ai acestui lucru! Mai mult, evenimentul a fost observat nu numai în cadrul primei detectări de unde gravitaționale în februarie a acestui an, ci și în cadrul celor trei observații ale undelor gravitaționale din acest an.
Desigur, trebuie înțeles că cele trei evenimente cu greu pot fi numite date statistice fiabile. Așadar, în timp ce rămâne posibilitatea ca aceste ecouri să fie un fel de zgomot de fond (1 din 270 de cazuri, sau eroare de 2,9 Sigma), alte observații vor ajuta cercetătorii să construiască o bază de dovezi mai solidă.
„Vestea bună este că claritatea și sensibilitatea LIGO se vor îmbunătăți semnificativ în curând, așa că avem o oportunitate mai fermă în următorii doi ani de a confirma sau de a nega aceste observații”, spune cercetătorul principal Niaesh Afshordi.
Chiar dacă ecourile pot fi confirmate, acestea nu vor răspunde la întrebarea nivelului de fluență a limitelor găurilor negre. Prin urmare, soluția paradoxului informațional a fost amânată deocamdată. Până acum, un lucru este clar: una dintre cele mai importante descoperiri în fizică din acest an a devenit și mai tentantă.
NIKOLAY KHIZHNYAK
