Különleges szimmetriára bukkant Stephen Hawking most megjelent, utolsó tanulmányában

Stephen Hawking legeslegutolsó tanulmányát márciusi halála előtt napokkal fejezte be, a munkássága egyik központi témájáról, az információs paradoxont tárgyaló, „A fekete lyukak entrópiája és a finom szőr” című dokumentumot pedig most elérhetővé is tették a fizikus szerzőtársai.

Hawking közel 40 évig dolgozott azon, hogy megértse, mi történik a fekete lyukba eső objektumokkal. Az elméleti fizikus Albert Einstein általános relativitáselméletére alapozta a teóriáját. Einstein 1915-ben többek közt azt írta le, hogy tér és az idő torzulásával létrejövő fekete lyukakat három tulajdonságuk határozza meg: a tömegük, a töltésük és a perdületük.

Hawking úgy 60 évvel később hozzátette, hogy a fekete lyukaknak hőmérsékletük is van, és mivel a forró objektumok hőt veszítenek az űrben, a fekete lyukak végül szépen lassan megsemmisülnek, elpárolognak. Ezzel csak az a probléma, hogy a kvantumfizika szabályai szerint az információ nem semmisülhet meg, tehát a fekete lyukak által elnyelt információ (például egy beszippantott kisbolygó atomjai) sem.

Hawking utolsó tanulmánya csak egy lépés a sok közül

A frissen megjelent tanulmányban Hawking, valamint a Harvard Egyetemen és a Cambridge-i Egyetemen kutató kollégái azt fejtik ki, hogy egy-egy elnyelt objektummal a fekete lyukaknak nemcsak a hőmérsékletük, de az entrópiájuk (belső rendezetlenségük) is változik. Az entrópiát a fekete lyukak eseményhorizontját körülvevő fotonokon keresztül lehet észlelni, ezeket nevezi a tanulmány finom szőrnek.

A kutatók szerint egyelőre még nem biztos, hogy a Hawking-féle entrópia minden fekete lyukba tartó objektumra érvényes-e, ezért a brit elméleti fizikus utolsó tanulmánya is csak egy lépést jelent az információs paradoxon teljes megértése felé. A Harvardon kutató Malcolm Perry szerint a következő lépés annak a feltárása, hogy az entrópiához társított információ hogyan tárolódik fizikailag a finom szőr, és az az információ hogyan jut ki a fekete lyukból, miután az elpárolog.

„Hawking kimondta, hogy a fekete lyukaknak van hőmérsékletük. A mindennapi objektumok esetében tudjuk, hogy a hőmérséklet változását egy rendszer mikroszkopikus alkotórészeinek mozgása eredményezi. A levegő hőmérsékletét például a molekulák mozgása: minél gyorsabban mozognak, annál melegebb a levegő. A fekete lyukak esetében viszont nem tudjuk biztosan, hogy mik az alkotóelemek. Egyes, különleges szimmetriával rendelkező fizikai rendszerekben a termikus tulajdonságokat kiszámíthatjuk ezekből a szimmetriákból. Ez a tanulmány azt mutatja, hogy a fekete lyukak eseményhorizontjának közelében létezik egy ilyen különleges szimmetria – mondta Juan Maldacena, a Princetoni Egyetem elméleti fizikusa a Guardiannek.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: