Vo februári tohto roku astronómovia urobili monumentálny objav. Takmer sto rokov potom, čo ich predpovedal Albert Einstein, vedci konečne objavili gravitačné vlny - „vlnky v časopriestore“, osvetlené žiarením dvoch zlúčených čiernych dier. Toto pozorovanie bolo veľmi jasným potvrdením Einsteinovej všeobecnej teórie relativity, ale zároveň bola táto udalosť odvážnym dôkazom toho, že zákony tejto teórie prestávajú fungovať, len čo dosiahnu horizont udalostí čiernych dier.
Od februára tohto roku zaznamenalo observatórium laserových interferometrických gravitácií (LIGO) gravitačné vlny celkom trikrát. Vedci sa konečne podrobne zaoberali zisteniami a teraz tvrdia, že našli vlny tzv. „Ozvien“vo vlnách, ktoré spochybňujú Einsteinove predpovede čiernych dier.
Tieto vyhlásenia sú v súčasnosti publikované vo vedeckej online knižnici ArXiv.org, kde ich môžu analyzovať ďalší členovia komunity fyzikov pred tým, ako sa predložia na preskúmanie. Preto je veľmi pravdepodobné, že nové fakty sa zistia v rámci vonkajšieho pohľadu na údaje o pozorovaniach týchto ozvien. Okrem toho boli predložené dôkazy s presnosťou 5 Sigma, čo je zlatý štandard vo svete fyziky. To znamená, že u 3,5 milióna existuje jedna možnosť, že pozorovania sú čisto náhodné.
Ak však iné štúdie ukážu, že táto „ozvena“je skutočne prítomná, bude to pre fyziku veľká udalosť. Predtým sa tvrdilo, že zákony všeobecnej relativity sa rozpadajú na kováčov, keď sa blížia k stredu čiernych dier, ale tento objav ukáže, že zákony prestávajú pracovať na hranici týchto fenoménov časopriestoru. Ak je to tak, potom to môže byť začiatok narodenia zákonov úplne novej fyziky.
„Objav LIGO a ďalších organizácií v perspektíve ponúka úžasnú príležitosť preskúmať nové fyzikálne zákony,“hovorí Steve Giddings, výskumník čiernej diery na kalifornskej univerzite v Santa Barbare, ktorý sa nezúčastnil na štúdii opísanej dnes.
Ak sa ozveny ukážu ako falošné, potom všeobecná relativita bude musieť prejsť iba ďalším testom. Po celé desaťročia sa fyzici snažili vyladiť čierne diery do tejto teórie a pokúsiť sa nájsť spôsoby, ako ju integrovať do kvantovej mechaniky, ale Einsteinova teória sa doteraz darila dobre.
Ale predtým, ako budeme pokračovať v diskusii, pochopme, čo tieto ozveny sú a ako súvisia so všeobecnou relativitou.
Všetko príde k tzv. Informačnému paradoxu čiernych dier. Podľa Einsteinovej teórie by všetko, čo prechádza horizontom udalostí čiernych dier, malo zmiznúť a nezostalo by nič. V tradičnom zmysle to znamená, že z čiernej diery sa nemôže dostať nič, dokonca ani svetlo, a teda názov tohto objektu.
Propagačné video:
Nedávno boli vedci veľmi zmätení testovaním tejto teórie. Podľa zákonov kvantovej mechaniky môže hmota absorbovaná čiernou dierou skutočne zanechať stopu vo forme informácií. Ako teda možno horizont udalostí opísať súčasne z hľadiska všeobecnej relativity (všetko je zničené po prekročení jej hraníc), ako aj z hľadiska kvantovej mechaniky (z objektu zostávajú jej informácie)?
Táto otázka je jednou z najťažších v modernej fyzike a vedci na ňu stále nemôžu nájsť odpoveď.
Jedným z navrhovaných vysvetlení je hypotéza o bráne firewall z roku 2012, ktorá naznačuje, že okolo horizontu udalostí existujú kruhy vysoko nabitých častíc, ktoré spaľujú každú látku, ktorá nimi prechádza.
Fyzik Stephen Hawking má iný predpoklad. Verí, že čierne diery môžu byť obklopené jemnými „vlasmi“(vlasy sa tu samozrejme používajú ako metafora). Tieto „chĺpky“predstavujú kvantové poruchy s nízkym nábojom a samy o sebe uchovávajú podpisy (informácie, ak chcete) všetkého, čo kedysi spadlo do čiernej diery.
Bez ohľadu na to, na ktorú hypotézu ste viac naklonení, je ich hlavná správa rovnaká: namiesto horizontu čistej udalosti predpovedaného všeobecnou relativitou môžu byť hranice čiernych dier oveľa zložitejšie a nejasnejšie, ako sme si predstavovali. Hlavným problémom tu bolo, že sme nemali príležitosť tieto predpoklady nejako overiť. Kým LIGO nezistil gravitačné vlny.
Medzinárodný tím vedcov teraz s dostupnými údajmi navrhuje spôsob, ako zistiť, čo sa deje okolo čiernych dier. Podľa nového predpokladu, ak sa horizonty udalostí čiernych dier v skutočnosti nezhodujú so zákonmi všeobecnej relativity, ozveny by mali zostať aj po počiatočných gravitačných vlnách.
Podľa vedcov ich bude možné odhaliť vďaka „chĺpkom“obklopujúcim čiernu dieru, ktoré sú v stave vzrušenia a v tejto chvíli sa správajú ako zrkadlá. Zachytávajú niektoré gravitačné vlny unikajúce z čiernej diery, obklopujú ich, prenášajú časť svojho stavu poruchy a potom ich môžu zistiť nástroje ako LIGO.
Podľa výpočtov vedcov sa tieto ozveny dali zistiť pomocou LIGO 0,1 a 0,3 sekundy po počiatočnom uvoľnení gravitačnej vlny. A - hľa, hľa! Vedci sa toho stali svedkami! Okrem toho bola táto udalosť pozorovaná nielen v rámci prvého zistenia gravitačných vĺn vo februári tohto roku, ale aj v rámci všetkých troch pozorovaní gravitačných vĺn v tomto roku.
Malo by sa, samozrejme, pochopiť, že tieto tri udalosti sa ťažko dajú nazvať spoľahlivými štatistickými údajmi. Aj keď je možné, že tieto ozveny boli nejakým typom šumu v pozadí (1 v 270 prípadoch alebo 2,9 sigma chyba), ďalšie pozorovania pomôžu vedcom vybudovať spoľahlivejšiu základňu dôkazov.
„Dobrou správou je, že jasnosť a citlivosť LIGO sa čoskoro výrazne zlepší, takže v nasledujúcich dvoch rokoch budeme mať silnejšiu príležitosť potvrdiť alebo odmietnuť tieto pozorovania,“hovorí hlavný vedecký pracovník Niaesh Afshordi.
Aj keď sa ozveny dajú potvrdiť, neodpovedajú na otázku, aká úroveň múdrosti majú hranice čiernych dier. Riešenie informačného paradoxu sa preto zatiaľ odložilo. Jedna vec je zatiaľ jasná: jeden z najdôležitejších objavov vo fyzike v tomto roku sa stal ešte lákavejším.
NIKOLAY KHIZHNYAK