Ο Στίβεν Χόκινγκ ανατρέπει με ένα άρθρο του την αντίληψή μας για τις μαύρες τρύπες 

Το 1974, ένας ιδιοφυής 32χρονος φυσικός δημοσίευσε μια εργασία λιγότερη από δύο σελίδες στο περιοδικό Nature — και ανέτρεψε μία από τις θεμελιώδεις παραδοχές μας για τις μαύρες τρύπες.

Ο συγγραφέας ήταν ο Στίβεν Χόκινγκ και το άρθρο, με τίτλο «Black hole explosions?», θα γινόταν η πιο διαχρονική του κληρονομιά.

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein, οι μαύρες τρύπες είναι τόσο μαζικές ώστε τίποτα — ούτε καν το φως — δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρυτική τους έλξη. Με αυτή τη λογική, οι μαύρες τρύπες θα έπρεπε μόνο να μεγαλώνουν καθώς το σύμπαν γερνά, καταβροχθίζοντας ύλη γύρω τους ή συγχωνευόμενες με άλλες μαύρες τρύπες, μέχρι να φτάσουν σε υπερμεγέθη κλίμακα.

Ωστόσο, για μερικά χρόνια πριν από τη δημοσίευση της καθοριστικής του εργασίας, ο Χόκινγκ μελετούσε πώς η κβαντική μηχανική — οι παράξενοι δηλαδή νόμοι που διέπουν τα υποατομικά σωματίδια — θα επηρέαζε την ανάπτυξη και την εξέλιξη των μαύρων τρυπών. Βασιζόμενος στο έργο του θεωρητικού φυσικού Jacob Bekenstein, συνδύασε τη γενική σχετικότητα, τους νόμους της θερμοδυναμικής και σχετικά απλές αρχές της κβαντικής φυσικής, για να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν απειροελάχιστες ποσότητες θερμότητας.

Στο δημοφιλές του βιβλίο του 1988, «A Brief History of Time», ο Στίβεν Χόκινγκ υποστήριξε ότι αυτό συμβαίνει επειδή ζεύγη «εικονικών» σωματιδίων εμφανίζονται και εξαφανίζονται διαρκώς σε όλο το σύμπαν, αλληλοεξουδετερώνοντας το ένα το άλλο μόλις έρθουν σε επαφή.

Περιστασιακά, όμως, το ένα μέλος του ζεύγους θα εμφανιζόταν ακριβώς έξω από τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, ενώ το άλλο θα βρισκόταν ακριβώς μέσα σε αυτό το όριο. Το ένα θα έπεφτε μέσα, ενώ το άλλο θα διέφευγε, μεταφέροντας μαζί του μια απειροελάχιστη ποσότητα θερμότητας. Με τον χρόνο, αυτή η απώλεια θερμότητας — ή ακτινοβολίας — θα συρρίκνωνε τη μαύρη τρύπα, οδηγώντας σε αύξηση της επιφανειακής της βαρύτητας. Αυτό, με τη σειρά του, θα επιτάχυνε την εκπομπή ακτινοβολίας, με αποτέλεσμα την τελική εξάτμιση της μαύρης τρύπας, ενδεχομένως μέσω έκρηξης.

Για μαύρες τρύπες με μάζα ίση ή μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου, η εξάτμιση μέσω αυτού που σήμερα είναι γνωστό ως «ακτινοβολία Χόκινγκ» θα διαρκούσε περισσότερο από την ηλικία του σύμπαντος, σύμφωνα με τη μελέτη. Ωστόσο, ο Χόκινγκ αναρωτήθηκε επίσης αν μικροσκοπικές αρχέγονες μαύρες τρύπες σχηματίστηκαν από «κβαντικές διακυμάνσεις» στις απαρχές του χρόνου. Αυτές οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες, με μάζα μικρότερη από περίπου 1 τρισεκατομμύριο κιλά, θα είχαν ήδη εκραγεί εδώ και πολύ καιρό, κατέληξε.

«Πρόκειται για μια σχετικά μικρή έκρηξη με αστρονομικά δεδομένα, αλλά ισοδυναμεί με περίπου 1 εκατομμύριο υδρογονοβόμβες ισχύος 1 μεγατόνου», σημείωνε με το χαρακτηριστικό του χιούμορ ο Στίβεν Χόκινγκ στο άρθρο του.

Η ακτινοβολία Χόκινγκ σύντομα καθιερώθηκε στη θεωρητική φυσική. Ωστόσο, ανέδειξε και ένα τεράστιο παράδοξο στη φυσική των μαύρων τρυπών: η εξάτμιση σήμαινε ότι η «πληροφορία» που έπεφτε μέσα σε μια μαύρη τρύπα χανόταν για πάντα. Αυτό, με τη σειρά του, θα παραβίαζε μια θεμελιώδη αρχή της κβαντικής μηχανικής: ότι η πληροφορία δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί. Για τις επόμενες τέσσερις δεκαετίες, μέχρι τον θάνατό του το 2018, ο Hawking προσπαθούσε να επιλύσει το παράδοξο της πληροφορίας των μαύρων τρυπών.

Σε δημόσια διάλεξη το 2015 στη Σουηδία, ο Χόκινγκ επανέλαβε την πρότασή του ότι η πληροφορία μπορεί πράγματι να διαφύγει από μια μαύρη τρύπα, πιθανώς μέσω μιας σκουληκότρυπας. «Οι μαύρες τρύπες δεν είναι τόσο μαύρες όσο παρουσιάζονται. Δεν είναι οι αιώνιες φυλακές που κάποτε πιστεύαμε», είπε. «Τα πράγματα μπορούν να βγουν από μια μαύρη τρύπα τόσο προς τα έξω όσο και ενδεχομένως να εμφανιστούν σε ένα άλλο σύμπαν.»

Μετά τον θάνατό του, ορισμένοι από τους συνεργάτες του δημοσίευσαν μια σειρά από επιστημονικές εργασίες που φαινόταν να επιλύουν το παράδοξο: υποστήριξαν ότι η πληροφορία δεν χάνεται όταν εισέρχεται σε μια μαύρη τρύπα, αλλά τελικά «επανεκχέεται».

Το 2024, φυσικοί πρότειναν έναν τρόπο να εντοπιστεί: η πληροφορία που «καταπίνει» μια μαύρη τρύπα θα άφηνε ίχνη σε ανεπαίσθητες κυματώσεις του χωροχρόνου γύρω από αυτά τα κοσμικά αντικείμενα. Αυτές οι κυματώσεις θα μπορούσαν να ανιχνευθούν ως βαρυτικά κύματα, τα οποία ήδη καταγράφονται από τεράστια παρατηρητήρια.

Οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη βρει άμεσες αποδείξεις για εκρήξεις μαύρων τρυπών ή για την ύπαρξη αρχέγονων μαύρων τρυπών. Ωστόσο, το James Webb Space Telescope εντόπισε πρόσφατα έναν αρχαίο γαλαξία, η ύπαρξη του οποίου θα μπορούσε να εξηγηθεί από την παρουσία αρχέγονων μαύρων τρυπών.

Διαβάστε επίσης