Februarja letos so astronomi naredili monumentalno odkritje. Skoraj sto let po napovedi Alberta Einsteina so znanstveniki končno odkrili gravitacijske valove - "valovanje v vesolju-času", osvetljeno s sevanjem dveh spajajočih se črnih lukenj. To opazovanje je bilo zelo jasna potrditev Einsteinove splošne teorije relativnosti, hkrati pa je bil ta dogodek drzen dokaz, da zakoni te teorije prenehajo delovati, takoj ko dosežejo obzorje črnih lukenj.
Od februarja letos je Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) videl gravitacijske valove skupno trikrat. Raziskovalci so dokončno natančno pregledali ugotovitve in zdaj trdijo, da so v valovih našli dokaze o tako imenovanih "odmevih", ki izzivajo Einsteinove napovedi o črnih luknjah.
Te izjave so trenutno objavljene v znanstveni spletni knjižnici ArXiv.org, kjer jih lahko analizirajo drugi člani fizikalne skupnosti, preden so predstavljeni strokovnemu pregledu. Zato obstaja zelo realna verjetnost, da bomo v okviru zunanjega pogleda na podatke o opažanjih teh odmevov našli nova dejstva. Poleg tega so bili predstavljeni dokazi z natančnostjo 5 Sigma, kar je zlati standard v svetu fizike. To pomeni, da je v 3,5 milijona ena možnost, da so opažanja čisto naključje.
Če pa druge študije pokažejo, da je ta "odmev" dejansko prisoten, bo to za fiziko velikanski dogodek. Pred tem je bilo predlagano, da se zakoni splošne relativnosti zrušijo na kobilice, ko se približujejo središču črnih lukenj, vendar bo to odkritje pokazalo, da zakoni prenehajo delovati tudi na mejah teh vesoljsko-časovnih pojavov. Če je temu tako, je to morda začetek rojstva zakonov povsem nove fizike.
"Odkritje LIGO in drugih organizacij v perspektivi ponuja neverjetno priložnost za raziskovanje novih fizikalnih zakonov," pravi Steve Giddings, raziskovalec črne luknje na kalifornijski univerzi Santa Barbara, ki danes ni bil vključen v opisano študijo.
Če se odmevi izkažejo za lutko, bo splošna relativnost morala opraviti le še en test. Že desetletja so fiziki v to teorijo poskušali ukrotiti črne luknje in poskušali najti načine, ki bi jo vključili v kvantno mehaniko, vendar je Einsteinova teorija do zdaj delovala dobro.
Preden pa nadaljujemo z razpravo, razumemo, kaj so ti odmevi in kako se nanašajo na splošno relativnost.
Vse se spušča na tako imenovani informativni paradoks črnih lukenj. Po Einsteinovi teoriji bi moralo izginiti vse, kar prestopi obzorje črnih lukenj, ne pušča ničesar. V tradicionalnem smislu to pomeni, da iz črne luknje ne more priti nič, niti svetloba (od tod tudi ime tega predmeta).
Promocijski video:
V zadnjem času so znanstveniki močno zmedeni s preizkušanjem te teorije. Dejansko lahko po zakonih kvantne mehanike materija, ki jo absorbira črna luknja, dejansko zapusti sled v obliki informacij. Kako lahko torej obzorje dogodkov hkrati opišemo tako s stališča splošne relativnosti (vse se uniči po prečkanju njegovih meja) kot tudi s stališča kvantne mehanike (od predmeta ostanejo njegove informacije)?
To vprašanje je eno najtežjih v sodobni fiziki in znanstveniki še vedno ne morejo najti odgovora nanj.
Ena od predlaganih razlag je hipoteza o požarnem zidu iz leta 2012, ki nakazuje, da okoli obzorja dogodka obstajajo obroči zelo nabitih delcev, ki sežgejo kakršno koli snov, ki prehaja skozi njih.
Fizik Stephen Hawking ima drugačno domnevo. Verjame, da lahko črne luknje obdajajo mehki "lasje" (lasje se tu seveda uporabljajo kot metafora). Te "dlačice" predstavljajo kvantne motnje z nizkim nabojem in v sebi shranjujejo podpise (če želite, informacije) vsega, kar je nekoč padlo v črno luknjo.
Ne glede na to, h kateri hipotezi ste bolj naklonjeni, je njihovo glavno sporočilo enako: namesto čistega obzorja dogodkov, ki ga napoveduje splošna relativnost, so meje črnih lukenj lahko veliko bolj zapletene in zabrisane, kot smo si predstavljali. In glavna težava pri tem je bila, da nismo imeli priložnosti nekako preveriti teh predpostavk. Dokler LIGO ni zaznal gravitacijskih valov.
Zdaj, na podlagi podatkov, mednarodna skupina raziskovalcev predlaga način, kako ugotoviti, kaj se dogaja okoli črnih lukenj. Po novi predpostavki, če dogodkovna obzorja črnih lukenj v resnici ne ustrezajo zakonom splošne relativnosti, bi odmevi morali ostati po začetnih gravitacijskih valovih.
Po mnenju raziskovalcev jih bo mogoče zaznati zahvaljujoč "dlačicam", ki obdajajo črno luknjo, ki so v stanju vznemirjenja in se v tem trenutku obnašajo kot ogledala. Zajemajo nekatere gravitacijske valove, ki uhajajo v črno luknjo, jih obdajo, prenašajo nekaj svojega vznemirjenega stanja, nato pa jih lahko zaznajo z instrumenti, kot je LIGO.
Po izračunih znanstvenikov bi lahko te odmeve odkrili s pomočjo LIGO 0,1 in 0,3 sekunde po začetnem sproščanju gravitacijskega vala. In - glej! Znanstveniki so postali priče tega! Poleg tega smo dogodek opazili ne le v okviru prvega odkrivanja gravitacijskih valov februarja letos, ampak tudi v okviru vseh treh letošnjih opazovanj gravitacijskih valov.
Seveda je treba razumeti, da treh dogodkov težko imenujemo zanesljivi statistični podatki. Čeprav ostaja možnost, da so bili ti odmevi nekakšen hrup v ozadju (1 od 270 primerov ali 2,9 napaka Sigma), bodo nadaljnja opažanja raziskovalcem pomagala pri oblikovanju trdnejše baze dokazov.
"Dobra novica je, da se bosta jasnost in občutljivost LIGO kmalu izboljšala, zato imamo v naslednjih dveh letih trdnejšo priložnost, da potrdimo ali zanikamo ta opažanja," je povedala vodilna raziskovalka Niaesh Afshordi.
Tudi če je odmeve mogoče potrditi, ne bodo odgovorili na vprašanje, kakšno stopnjo meglenosti imajo meje črnih lukenj. Zato je rešitev informativnega paradoksa za zdaj prestavljena. Zaenkrat je jasno eno: eno najpomembnejših odkritij v fiziki v letošnjem letu je postalo še bolj mamljivo.
NIKOLAY HIZHNYAK