Stephen Hawking, som døde onsdag, var en svært inspirerende og innflytelsesrike vitenskapsmann. Til tross leve det meste av sitt liv med en alvorlig nevrodegenerativ sykdom, ALS, som forlot ham lammet, Hawking oppnådd en sjelden berømmelse både i vitenskapelige kretser og den populære fantasien.
Kort tid etter å ha hørt nyheten om hans død, jeg sendt en rekke fremtredende fysikere og astronomer å spørre, «Hva, i ditt sinn, er Hawking’ s største arv?,»
Nesten alle nevnt hans populære boken A Brief History of Time. Men den neste vanligste svaret var astronomiske fenomen som bærer hans navn: Hawking-stråling.
det er Det fenomenet som forklarer hvordan sorte hull taper masse, og det ble funnet var hans viktigste vitenskapelige prestasjoner. Men som så mange av de beste oppdagelser i vitenskap, det skapte også flere store spørsmål om universet og hvordan det fungerer.,
Hawking stråling, forklart så enkelt som mulig
Hawking ‘ s discovery startet med en enkel-lød spørsmålet: har svart hull avgir varme? Han hadde tidligere bestemt at sorte hull følge termodynamikkens andre lov, noe som betyr at entropi (et mål på uorden) bare øker over tid. Og som New Scientist forklarer «alt som har entropi … har også en temperatur.»
På 1970-tallet, Harking, med mye matematikk, i hovedsak tok temperaturen på et svart hull.,
Han gjorde dette ved å kombinere innsikter fra både Einsteins relativitetsteori (som beskriver hvordan tyngdekraften virker på grand skalaer) og quantum mechanics (som beskriver hvordan de aller minste delene av universet arbeid). Disse er de to store teorier om hvordan universet fungerer som forskere har vært søker etter flere tiår å kombinere. Og de begge kommer inn i bildet på the event horizon av et svart hull, grensen utover som tyngdekraften er så sterk at selv ikke lys kan unnslippe.,
Før Hawking ‘ s discovery, sorte hull ble vanligvis antatt å være gjenstander som ting går i, men som aldri kommer ut (tenker faktisk stammer delvis fra Hawking arbeider som beskriver singularities i sorte hull.)
Egentlig, Hawking viste at sorte hull kan, som så mange objekter i universet vårt, svinn og dø. Han vendte seg denne innsikten i et råd til oss alle: «Ting kan komme ut av et svart hull. … Så hvis du føler at du er i et sort hull, ikke gi opp — det er en vei ut.,»
Så hvordan gjør et svart hull, med tyngdekraften så kraftig selv ikke lys kan unnslippe, krympe?
Her er forklaringen, og det er ganske trippy. Cliff Burgess, en fysiker ved McMaster University i Canada, gikk meg gjennom det.
Først av: kvantemekaniske teorien forklarer at hele universet, partikler og deres kolleger, antiparticles, er stadig dukker inn og ut av eksistens. Normalt, når de kommer inn i eksistens, vil de ikke vare veldig lenge, fordi en partikkel og dens motstykke vil raskt tilintetgjøre hverandre., (Heldigvis, i begynnelsen av tiden, mer og saken ble opprettet enn antimaterie. Uten at ubalanse, universet ville ha raskt ødelagt seg selv.)
Men livet på kanten av et sort hull er ikke normal. Det, hvis disse parene av partikler blip inn i eksistens, er det mulig for den ene siden av paret til å falle i. «Den som faller ned i det sorte hullet effektivt har negativ energi,» sier Burgess, «og den andre kan komme ut og flykte fra det sorte hullet, med positiv energi.»
partikkelen som rømmer danner Hawking-stråling., Og siden partikkelen som faller i har negativ energi, «du er egentlig trekke energi fra det sorte hullet,» sier Burgess. «Betyr det at du har tatt masse vekk fra det sorte hullet.»
Nå, ingen fysiker har vært direkte vitne til at dette skjer (en egenskap av teorien er at mindre sorte hull, noe som er vanskeligere for astronomer å finne, vil utstråler mer varme). Men Hawking er matematikk var så overbevisende at omtrent hver fysiker mener denne strålingen eksisterer. Og det betyr at sorte hull etter hvert fordampe og eksplodere.,
finne var så viktig fordi, for det første, er det gitt en anelse om at en dag, kvantemekanikk og generell relativitetsteori kunne bli forent i en grand theory. Med andre ord, hvis kvantemekanikk og relativitetsteori kunne komme sammen for å forklare hva i helvete er det som skjer på den kanten av et svart hull, de kan trolig komme sammen andre steder.
Dette funnet provoserer ennå-å-være-svarte på spørsmål
Men det er også ber andre svært interessante, ubesvarte spørsmål om sorte hull., «Etter én, Hawking-stråling ser ut til å gjøre ting som burde være umulig,» sier Burgess, som sletter alle opplysninger om hva som gikk inn i det sorte hullet.
Hvis du kan fylle opp et svart hull med rent gull, og fylle opp en annen med pizza, det Hawking stråling som hver sort hull avgir vil være den samme. Som faktisk bryter lovene i universet som vi kjenner dem.
kvantemekanikken sier at du burde være i stand til helt konto for banen av alle partikler i universet., Så hvis du kaster en pizza inn i et sort hull, bør du være i stand til å spore hvor som pizza er revet i stykker, og du bør være i stand til å se hva som skjer med de enkelte atomene som utgjør jordskorpa, ost, osv. Quantum mechanics fastsetter at alle partikler i universet kan gjøres rede for, og informasjon kan ikke bli slettet.
Men i et sort hull, at informasjon går tapt. Hawking stråling betyr det sorte hullet er å miste masse. Men vi har ingen anelse om hva det betyr for pizza, som formodentlig er fortsatt inne i det sorte hullet.,
Det er et vitenskapelig mysterium at spørsmål en av våre mest grunnleggende lovene i naturen. Og Burgess, sier Hawking stråling fortsetter å generere spørsmål og forskning på arten av tyngdekraften, og hvordan den forholder seg til andre krefter.
Forskerne fortsatt ikke har en god forståelse av hvordan kvantemekanikk (vitenskapen om svært små) forklarer tyngdekraften. Og Harking, med sin stråling, forutsatt et lite hint.,
Støtte Vox er forklarende journalistikk
Hver dag i Vox, forsøker vi å svare på viktige spørsmål og gi deg, og vårt publikum rundt om i verden, med informasjon som gjør at du gjennom å forstå. Vox arbeid er å nå flere mennesker enn noen gang, men vår særegen merkevare av forklarende journalistikk tar ressurser. Ditt bidrag vil ikke utgjøre en donasjon, men det vil gjøre det mulig for våre ansatte å fortsette å tilby gratis artikler, videoer og podcaster, til alle som trenger dem. Vennligst vurdere å gi et bidrag til Vox i dag, fra så lite som $3.,