Stephen Hawking o horizontu događaja

U idućih 12 mjeseci astrofizičari veruju da će moći učiniti nešto što nikad pre nije učinjeno, a moglo bi imati dalekosežne implikacije za naše razumevanje svemira.

Postoje li crne rupe?  Pitanje se može učiniti čudnim jer  je astrofizika  prihvatila njihovo postojanje mada se praktično ne zna postoje li one ili ne . Crna rupa je tačka u prostoru s gravitacijskim povlačenjem toliko jakim da ni svetlost ne može pobeći od nje. Albert Einstein je predvideo njihovo  postojanje u svojoj teoriji opšte relativnosti, ali ni on nije bio uveren da su zapravo postojale. Do sada niko nije uspeo proizvesti konkretne dokaze. Teleskop Horizon događaja (EHT) mogao bi to da promeni.
EHT nije jedan teleskop već mreža teleskopa širom sveta. Delujući sinhronizovano, ovi uređaji mogu pružiti sve potrebne komponente za snimanje slike crne rupe.  Tim EHT-a stvorio je zapravo "virtuelni teleskop veličine Zemlje" koristeći se mrežu pojedinačnih radijskih teleskopa razbacanih širom planeta kako bi se istovremeno posmatrala ista tačka u prostoru i snimali radio valovi koji se zapisuju na hard disku. Na osnovu tog mnoštva tim EHT-a mogao bi proizvesti sliku usporedivu s onom koja bi mogla biti stvorena pomoću jednog teleskopa veličine Zemlje.

 EHT tim je obavio prvo snimanje u aprilu 2017 godine. test. Tokom pet noći, osam teleskopa se usmerilo Strelca A * (Sgr A *), tačku u središtu Mliečnog puta, koju istraživači smatraju mestom supermasivne crne rupe. Podaci s teleskopa na južnom polu nisu došli do MIT hegselarskog observatorija zbog nedostatka teretnih letova iz regije. Sada, pošto su snimci stigli, može se započeti s analizom u nadi da će se proizvesti prva slika crne rupe.
( futurisme )

                               

ALMA 

Profesor na Radbouvd univerzitetu u Nijmegenu ( Holandija ) Heino Falcke je u svojoj doktorskoj disertaciji predvideo da bi zračenje na određenim radio frekvencijama trebalo doći direktno iz okruženja crne rupe. Godine 2000. objavljen  je članak u kom je opisan pojam "sene" crne rupe. Taj članak je osnova sadašnjih istraživanja. Glavna svrha Event Horizon teleskopa (EHT) je promatranje upravo te sene crne rupe. Neće se videti sama crna rupa, već samo njezina senka.

Do kakvih se značajnih podataka može doći ovim istraživanjem! jedno je od pitanja na koje odgovara ovaj profesor.
 " Ta čudna povezanost prostora, vremena i informacija na rubu crne rupe je vrlo uzbudljiva. Zadržavanje informacija je izuzetno važno za kvantnu teoriju: pohranjuju li crne rupe informacije ili ih potpuno uništavaju? Ili vreme: da li informacije i stvari žive duže u blizini crnih rupa? Mogu li se spasiti? Možemo li komunicirati na velikim udaljenostima? Brže od svetla? Putovati u vremenu? Moramo li misliti malo poput Star Treka...."

CRNA RUPA I INFORMACIJE 

U opštoj teoriji relativnosti horizont događaja je uopšteni naziv za granicu u prostor-vremenu, definisanu u odnosi na posmatrača, iza koje događaji ne mogu da utiču na posmatrača. Svetlo koje se emituje unutar horizonta događaja ne može nikada da stigne do posmatrača i bilo šta što pređe preko horizonta sa posmatračeve strane više nikada ne bude viđeno. .( izvor)

 Crna rupa je okružena horizontom događaja.  Januara 2014-te Stephen Hawking, jedan od utemeljitelja ideje o crnim rupama,  odustao je od važećeg koncepta  horizonta događaja.
Umesto njega on je predlažio mnogo benigniju verziju tzv. 'prividnog horizonta' koji samo privremeno zarobljava materiju i energiju da bi je pre ili kasnije oslobodio u prilično izobličenom obliku.

'U klasičnoj teoriji nema izlaska iz crne rupe', rekao je Hawking za časopis Nature. Međutim, kvantna teorija, kaže, omogućuje da energija i informacije pobegnu iz crne rupe. Slavni fizičar priznaje da bi za potpuno objašnjenje celog procesa trebala teorija koja uspešno povezuje gravitaciju s ostalim fundamentalnim silama prirode – jakom i slabom atomskom silom te elektromagnetizmom. Nažalost, naučnici za takvom teorijom bezuspešno tragaju već gotovo stotinu godina.


Rešenje neugodnog paradoksa 'vatrenog zida'


Hawking je svoj rad nazvao 'Očuvanje informacije i vremenska prognoza za crne rupe'. U njemu je pokušao rešiti paradoks tzv. vatrenog zida crne rupe koji naučnike muči  već nekoliko godina od kada su ga otkrili teorijski fizičar Joseph Polchinski i njegovi kolege s Instituta Kavli u Santa Barbari.

U zamišljenom eksperimentu američki je tim postavio pitanje što bi se dogodilo kada bi astronaut upao u crnu rupu. Horizonti događaja su matematički jednostavne posledice Einsteinove opšte teorije relativnosti na koje je prvi ukazao nemački astronom Karl Schwarzschild još 1915. u pismu Einsteinu, samo mesec dana nakon objavljivanja teorije. Prema toj slici astronaut bi sretno prošao horizont događaja nesvestan svoje kobne sudbine, a potom bi ga crna rupa razvukla poput špageta te konačno u svojoj beskonačno gustoj jezgri sabila u točku.

Analizirajući ovu predodžbu Polchinski i kolege su došli do neočekivane spoznaje da bi zakoni kvantne mehanike koji upravljaju zbivanjima u 'mikrosvetu', potpuno promenili situaciju. Naime, prema kvantnoj teoriji horizont događaja bi se morao transformisati u područje visoke energije, svojevrsni vatreni zid, koji bi astronauta spalio u prah i pepeo.

Ova je realizacija izazvala uzbunu jer se protivi opštoj teoriji relativnosti prema kojoj bi zakoni fizike svuda u svemiru trebali izgledati jednako svim ljudima bez obzira da li upadaju u crnu rupu ili lebde u praznom međugalaktičkom prostoru. Drugim rečima prema Einsteinu horizont događaja bi astronautu koji kroz njega prolazi trebao biti neprimetan.

Kako je Hawking 2014-te u novom radu rešio ovu kontradikciju? Prilično jednostavno. U crnim rupama kvantna mehanika i opšta relativnost funkcionišu kao što funkcionišu uvek i svugde no one nemaju horizonte događaja koji bi sagoreli astronaute. Ključ ove ideje je da kvantni efekti oko crne rupe uzrokuju tako snažne, nepredvidive fluktuacije prostora-vremena da se oštra granica jednostavno ne može stvoriti.

Umesto oštre granice horizonta događaja Hawking predlaže ideju o 'prividnom horizontu', površini duž koje će zrake svetlosti koje pokušavaju pobeći iz crne rupe biti zaustavljene. U nekoj budućnosti one bi se eventualno mogle čak osloboditi i pobeći iz crne rupe.

Tako zamišljene crne rupe mogle bi rasti ako progutaju dovoljno materije, a mogle bi se i smanjivati emisijom tzv. Hawkingovog zračenja koje je britanski fizičar opisao još 1970-ih.

Hawking kaže da nepostojanje horizonta događaja znači da zapravo nema crnih rupa iz kojih svetlost nikada ne može pobeći.

Neki su fizičari pozdravili nove Hawkingove ideje kao razumne, međutim ima ih i koji su ukazali da one uvode neke radikalne koncepte, na primer da bi prividni horizont s vremenom mogao nestati pa čak i da u jezgro crne rupe ne bi moralo biti  mesta u kom prostorno-vremenska krivulja postaje beskonačna i gde gravitacione sile postaju beskonačno jake. Umesto toga materija bi mogla biti samo privremeno zarobljena iza prividnog horizonta, crna rupa bi je privlačila prema središtu, no ona nikada ne bi bila zdrobljena u njenom središtu. Informacije o takvoj materiji nikada ne bi bile izgubljene već bi se s vremenom jako iskrivile te bi u potpuno drugačijem obliku bile emitovane kroz Hawkingovo zračenje tako da niko ne bi mogao reći kakve je objekte crna rupa progutala. Bilo bi ih teže dešifrovati nego spaljene stranice knjige. U svom radu Hawking to uspoređuje s prognoziranjem vremena u dalekoj budućnosti.

Paradoks gubitka informacija

 U avgustu 2015-te, na konferenciji na KTH Royal Institute of Technology u Stockholmu, Hawking se ponovo osvrnuo na tzv. paradoks gubitka informacija.

 Čini se da informacije o zvezdi iz koje je nastala crna rupa i o materijalima koji u nju upadnu, zauvek nestaju u crnoj rupi kada ona sama nestane, odnosno ispari. To je u suprotnosti s temeljnim zakonima fizike o očuvanju energije i kauzalnosti. Fizikalne informacije podrazumevaju sve informacije sadržane u nekom sistemu. Moglo bi se reći da je fizikalna informacija sadržana u nekoj stvari identitet same te stvari što uključuje sva njezina svojstva i čini je drugačijom od drugih – ukratko 'ono što jednu stvar razlikuje od druge'. Kao što energija ili čestica ne može nestati, tako šire govoreći fizikalne informacije ne mogu nestati.

 Naučnici smatraju da crne rupe nastaju kada se velike zvezde, na kraju svoga života, uruše jer njihov unutrašnji pritisak  koji se stvara u nuklearnim procesima postane nedovoljno jak da bi se odupro gravitacijskim silama materije u zvezdi. Većina fizičara veruje da tada nastaje tzv. singularnost – područje u kojem su gustoće materije postale tolike da Einsteinova opšta teorija relativnosti više ne daje dobra predviđanja. No, ova teorija singularnosti ima nedostataka. Budući da u singularnosti više ne funkcionišu poznati zakoni fizike, niko ne zna šta se zbiva u crnoj rupi.

Sam Hawking pretpostavio je 1970-ih da crne rupe koje rotiraju, u skladu s kvantnim načelom neodređenosti, moraju stvarati i emitovati čestice kao što u svemiru čestice i antičestice nastaju u fluktuacijama kvantnog vakuuma. Drugim rečima, one postupno zrače energiju, isparavaju i nestaju. Ovo zračenje nazvano je Hawkingovim.

No, ključno pitanje jeste šta se zbiva s informacijama pohranjenima u crnoj rupi kada ona nestane? Na predavanju, održanom u u Stockholmu, Hawking je naglasio da bi se čak i sam koncept vremena mogao raspasti kada bi se pokazalo da su crne rupe izuzete iz temeljnih zakona koji vladaju u svemiru.

On je predstavio svoje rešenje, odnosno svoju novu teoriju prema kojoj informacije preživljavaju singularnost jer ne propadaju u crnu rupu, već ostaju zabeležene na njenoj periferiji - u horizontu događaja gde su gravitacijske sile crne rupe dovoljno male da kvantni efekti funkcionišu pa je i Hawkingovo zračenje moguće.

'Smatram da se informacije ne pohranjuju u unutrašnjosti crne rupe, kako bismo mogli očekivati, već u horizontu događaja', rekao je britanski fizičar.

Horizont događaja je svojevrsna ljuska oko crne rupe. Sve što pređe rub ove plohe propada u crnu rupu, uključujući i svetlost. Gledano u dve dimenzije, on izgleda kao rub diska oko rupe.

Prema Hawkingovoj novoj ideji, čestice koje uđu u crnu rupu ostavljaju tragove svojih informacija u horizontu događaja. Kada ponovno izađu u obliku Hawkingovog zračenja, one će sa sobom natrag poneti deo tih informacija tako da će informacije, tehnički govoreći, biti očuvane.

'Informacije su pohranjene u super prelazu horizonta koji uzrokuju ulazne čestice izvorne zvezde', rekao je Hawking. 'Informacije o ulaznim česticama vraćaju se, no u haotičnom i beskorisnom obliku. Informacija je izgubljena za sve praktične svrhe', dodao je.

Na predavanju Hawking je povratak ostataka informacija uporedio sa spaljivanjem enciklopedije – njenim izgaranjem informacije neće nestati, one će, tehnički govoreći, ostati sadržane u pepelu, međutim, ako u njemu potražite glavni grad Minnesote, imat ćete problem.

Prevodi koji nastaju u horizontu crne rupe predstavljaju neku vrstu holograma, u smislu da se 3D informacije zapisuju na 2D površini. Kada zračenje napusti crnu rupu, ono sa sobom ponese deo informacija koje su bile zabeležene u horizontu događaja.

Zanimljivo je da su Hawkingove ideje prilično slične teorijama koje je ranije na istu temu u više radova predstavio nobelovac Gerard t'Hooft.