Stephen Ha .kings mest forbløffende opdagelse: sorte huller kan krympe

Stephen Ha .king, der døde onsdag, var en enormt inspirerende og indflydelsesrig videnskabsmand. På trods af at han levede det meste af sit liv med en alvorlig neurodegenerativ sygdom, ALS, der efterlod ham lammet, opnåede Ha .king en sjælden berømmelse i både videnskabelige kredse og den populære fantasi.

kort efter at have hørt nyheden om hans død, mailede jeg en række fremtrædende fysikere og astronomer for at spørge: “Hvad er Ha ?kings største arv i dit sind?,”

næsten alle nævnte sin populære bog A Brief History of Time. Men det næste mest almindelige svar var det astronomiske fænomen, der bærer hans navn: Ha .king stråling.

det er fænomenet, der forklarer, hvordan sorte huller mister masse, og dets opdagelse var hans kronende videnskabelige præstation. Men som så mange af de bedste opdagelser inden for videnskab skabte det også flere store spørgsmål om universet og hvordan det fungerer.,

Ha ?king-stråling, forklaret så enkelt som muligt

Ha ?kings opdagelse startede med et simpelt klingende spørgsmål: udsender sorte huller nogen varme? Han havde tidligere fastslået, at sorte huller overholder termodynamikens anden lov, hvilket betyder, at entropi (et mål for lidelse) kun stiger over tid. Og som ne .Scientist forklarer “noget, der har entropi… har også en temperatur.”

i 1970 ‘ erne tog Ha .king ved hjælp af en masse matematik i det væsentlige temperaturen på et sort hul.,

han gjorde dette ved at kombinere indsigt fra både Einsteins relativitetsteori (som beskriver, hvordan tyngdekraften fungerer i store skalaer) og kvantemekanik (som beskriver, hvordan universets meget mindste komponenter fungerer). Dette er de to store teorier om, hvordan universet fungerer, som forskere har søgt i årtier for at kombinere. Og de spiller begge ind i begivenhedshorisonten for et sort hul, grænsen over hvilken tyngdekraften er så stærk, at ikke engang lys kan undslippe.,

før Ha .kings opdagelse blev sorte huller typisk antaget at være objekter, i hvilke ting går ind, men aldrig kommer ud (tænkningen stammer faktisk delvis fra Ha .kings arbejde, der beskriver singulariteter inden for sorte huller.)

i det væsentlige viste Ha .king, at sorte huller som så mange objekter i vores univers kan krympe og dø. Han gjorde endda denne indsigt til en smule råd til os alle: “ting kan komme ud af et sort hul. … Så hvis du føler, at du er i et sort hul, skal du ikke give op — der er en vej ud.,”

så hvordan kan et sort hul, med tyngdekraften så kraftig, at ikke engang lys kan undslippe, krympe?

Her er forklaringen, og det er temmelig trippy. Cliff Burgess, en fysiker ved McMaster University i Canada, gik mig gennem det.

First off: Quantumuantum mechanical theory forklarer, at partikler og deres modstykker, antipartikler, hele tiden popper ind og ud af eksistensen i hele universet. Normalt, når de dukker op, varer de ikke meget længe, fordi en partikel og dens modstykke hurtigt vil udslette hinanden., (Heldigvis blev der i begyndelsen af tiden skabt mere stof end antimaterie. Uden den ubalance ville universet hurtigt have ødelagt sig selv.)

men livet ved kanten af et sort hul er ikke normalt. Der, hvis disse par partikler bliver til eksistens, er det muligt for den ene side af parret at falde ind. “En, der falder ind i det sorte hul effektivt har negativ energi,” siger Burgess, “og den anden kan komme ud og flygte fra det sorte hul, med positiv energi.”

partiklen, der undslipper, danner Ha .king-strålingen., Og da partiklen, der falder ind, har negativ energi, “trækker du i det væsentlige energi fra det sorte hul,” siger Burgess. “Det betyder, at du har taget masse væk fra det sorte hul.”

nu har ingen fysiker nogensinde direkte været vidne til, at dette sker (en teori af teorien er, at mindre sorte huller, som er sværere for astronomer at finde, vil udstråle mere varme). Men Ha .kings matematik var så overbevisende, at næsten alle fysikere mener, at denne stråling eksisterer. Og det betyder, at sorte huller til sidst fordamper og endda eksploderer.,

fundet var så vigtigt, fordi det for det første gav en anelse om, at kvantemekanik og generel relativitet en dag kunne forenes til en stor teori. Med andre ord, hvis kvantemekanik og relativitet kunne mødes for at forklare, hvad fanden der sker ved kanten af et sort hul, kunne de sandsynligvis mødes andre steder.

dette fund fremkalder endnu ikke besvarede spørgsmål

, men det beder også andre meget interessante, ubesvarede spørgsmål om sorte huller., “For det første synes Ha .king-stråling at gøre ting, der burde være umulige,” siger Burgess, som at slette alle oplysninger om, hvad der gik ind i det sorte hul.

Hvis du fylder et sort hul med massivt guld og fylder et andet med Pi..aer, vil den Hakingking-stråling, som hvert sort hul udsender, være den samme. Det bryder faktisk universets love, som vi kender dem.

kvantemekanik siger, at du burde være i stand til helt at redegøre for stien for enhver partikel i universet., Så hvis du kaste en pizza ind i et sort hul, bør du være i stand til at spore, hvordan at pizza er revet fra hinanden; du bør være i stand til at se, hvad der sker med de enkelte atomer, der udgør den skorpe, ost, osv. Kvantemekanik bestemmer, at alle partikler i universet kan redegøres for, og information kan ikke slettes.

men i et sort hul går disse oplysninger tabt. Ha .king stråling betyder, at det sorte hul taber masse. Men vi aner ikke, hvad det betyder for PI..aen, som formentlig stadig er inde i det sorte hul.,

det er et videnskabeligt mysterium, der sætter spørgsmålstegn ved en af vores mest grundlæggende naturlove. Og Burgess siger Ha .king stråling fortsætter med at generere spørgsmål og forskning i karakteren af tyngdekraften, og hvordan det relaterer til andre kræfter.

forskere har stadig ikke en stor forståelse af, hvordan kvantemekanik (videnskaben om de meget små) forklarer tyngdekraften. Og Ha .king, med sin stråling, gav en fristende ledetråd.,