Faimosul paradox al găurii negre al lui Stephen Hawking poate avea, în sfârșit, un răspuns: ce este „Radiația Hawking”, de fapt, și cum va schimba tot ce știm despre univers

„Radiația Hawking” emisă de găurile negre ar putea fi capabilă să transporte informații, până la urmă, sugerează o nouă soluție la faimosul paradox al lui Stephen Hawking.

Unul dintre cele mai faimoase paradoxuri ale fizicianului Stephen Hawking ar putea fi, în sfârșit, rezolvat: găurile negre pot, de fapt, să țină informații despre stelele masive care le-au creat, indică o nouă cercetare.

Aceste informații pot fi găsite în radiațiile din jurul găurilor negre – cunoscute în mod colocvial sub denumirea de „păr cuantic” – și ar putea, teoretic, să fie recuperate pentru a repeta originile acestor găuri negre, sugerează cercetarea. Aceste descoperiri, publicate recent în revista Physics Letters B., ar putea rezolva, în sfârșit, o problemă spinoasă la care a lucrat Hawking în ultimii săi ani.

Potrivit lucrării lui Hawking, radiația „se scurge” încet din găurile negre, sub formă de energie termică, care a ajuns să fie cunoscută sub numele de „radiația Hawking”. Dar, din cauza naturii sale termice, această radiație nu poate transporta informații. Asta înseamnă că, pe măsură ce găurile negre se evaporă, ele distrug metodic toate informațiile despre stelele care le-au creat. Acest lucru este contrar legilor mecanicii cuantice, care spun că informația nu poate fi distrusă și că starea finală a unui obiect poate dezvălui indicii despre starea sa inițială. Această problemă îi tulbură pe cosmologi de zeci de ani și este cunoscută sub numele de „paradoxul informației Hawking”.

Paradoxul lui Stephen Hawking, mai aproape de rezolvare

„Această cercetare este ultimul cui în sicriu pentru paradox, deoarece acum înțelegem exact fenomenul fizic prin care informațiile scapă dintr-o gaură neagră în descompunere”, a spus autorul principal al studiului Xavier Calmet, profesor de fizică la Universitatea din Sussex, pentru Live Science.

El sugerează o modificare a radiației Hawking care o face „non-termică” și astfel capabilă să transporte informații cu ea, departe de soarta finală a găurii negre.

Găurile negre sunt obiecte atât de masive, încât nimic nu poate scăpa de forța gravitației lor, nici măcar lumina. Se formează atunci când stele enorme rămân fără combustibil și se prăbușesc asupra lor. În fizica clasică, găurile negre sunt „obiecte foarte simple”, a spus Calmet. „Atât de simple, încât pot fi caracterizate prin trei numere: masa lor, momentul unghiular și sarcina electrică”.

Faimosul fizician John Wheeler a descris această lipsă de caracteristici distinctive, spunând că „găurile negre nu au păr”. Dar, a explicat Calmet, în timp ce gaura neagră finală este foarte simplă, steaua originală care a născut-o este un obiect astrofizic complex, constând dintr-un amalgam complicat de protoni, electroni și neutroni care se unesc pentru a forma elementele care formează compoziția chimică a acelei stele.

În timp ce găurile negre nu poartă „memoria” stelelor care au fost cândva, regulile fizicii cuantice spun că informațiile nu pot fi pur și simplu șterse din univers. În 1976, Hawking a arătat că această informație nu poate rămâne la infinit în găurile negre sigilate, departe de universul exterior. Aplicând regulile mecanicii cuantice găurilor negre, Hawking a sugerat că acestea emit un tip de radiație termică, numită, mai târziu, radiația Hawking. Pe perioade imense de timp, scurgerea acestei radiații face ca găurile negre să se evapore complet, lăsând în urmă doar un vid. În acest fel, informațiile se pierd iremediabil.

„Acest lucru nu este totuși permis de fizica cuantică, care presupune că filmul „vieții” acestei găuri negre ar putea fi derulat”, a spus Calmet.

„Pornind de la radiație, ar trebui să putem reconstrui gaura neagră originală și apoi, în cele din urmă, steaua”.

Alături de colegul său Steve Hsu, profesor de fizică teoretică la Universitatea de Stat din Michigan, Calmet lucrează din 2021 pentru a rezolva paradoxul lui Hawking. Într-un studiu anterior, publicat în martie 2022, echipa a susținut că găurile negre au într-adevăr „păr cuantic”, sub forma unei amprente cuantice unice în câmpurile gravitaționale care le înconjoară.

Așadar, în noua lor cercetare, echipa a reevaluat calculele lui Hawking din 1976, dar, de data aceasta, a luat în considerare efectele „gravitației cuantice”  —  descrierea gravitației conform principiilor mecanicii cuantice  —  ceva ce Hawking nu făcuse.

„Deși aceste corecții gravitaționale cuantice sunt minuscule, ele sunt cruciale pentru evaporarea găurii negre”, a spus Calmet.

„Am putut arăta că aceste efecte modifică radiația Hawking, în așa fel încât această radiație devine non-termică. Cu alte cuvinte, luând în considerare gravitația cuantică, radiația poate conține informații”.

În timp ce „părul cuantic” sugerat în lucrarea anterioară a lui Calmet și Hsu a fost un concept matematic abstract, echipa a identificat acum fenomenul fizic exact prin care informațiile scapă din gaura neagră prin radiația Hawking și cum ar putea fi recuperată de un observator din exterior. În prezent, acest lucru nu este posibil, deoarece ar necesita un instrument suficient de sensibil pentru a măsura radiația Hawking, care în prezent este pur teoretică.

În prezent, nu există o modalitate reală pentru astrofizicieni de a măsura efectul propus de cercetători, deoarece este minuscul, a recunoscut Calmet. În schimb, el sugerează că o modalitate de a progresa această teorie ar fi studierea simulărilor de găuri negre în laboratoarele de pe planeta noastră. Modelarea matematică de către echipă a radiației Hawking și a găurilor negre s-ar putea dovedi neprețuită în aceste simulări.