Stephen Hawkingi hiljuti ilmunud artikkel on tekitanud üsna suurt segadust, pannes isegi Nature News kuulutama, et puuduvad mustad augud. Nagu ma ühes varasemas postituses kirjutasin, pole see päris see, mida Hawking väitis. Kuid nüüd on selge, et Hawkingi väide mustade aukude kohta on vale, sest paradoks, millega ta püüab tegeleda, pole ju paradoks.
Kõik taandub sellele, mida nimetatakse mustade aukude tulemüüri paradoksiks. Musta augu keskne tunnus on sündmuse horisont. Musta augu sündmusehorisont on mustale augule lähenedes põhimõtteliselt tagasituleku punkt. Einsteini üldrelatiivsusteooria kohaselt on sündmuste horisont koht, kus aeg ja ruum on gravitatsiooni poolt nii väänatud, et te ei pääse kunagi põgenema. Ületage sündmuse horisonti ja olete igavesti lõksus.
See sündmusehorisondi ühesuunaline olemus on juba pikka aega olnud väljakutse gravitatsioonifüüsika mõistmisel. Näiteks musta augu sündmushorisont näib rikkuvat termodünaamika seadusi. Termodünaamika üks põhimõtteid on see, et millegi temperatuur ei tohiks olla absoluutne null. Isegi väga külmad asjad kiirgavad väikest kuumust, kuid kui must auk lõksu jääb, ei eralda see soojust. Nii et musta augu temperatuur oleks null, mis ei tohiks olla võimalik.
Siis näitas Stephen Hawking 1974. aastal, et mustad augud kiirgavad valgust kvantmehaanika tõttu. Kvantteoorias on piirid selles, mida objektist teada saab. Näiteks ei saa te teada objekti täpset energiat. Selle ebakindluse tõttu võib süsteemi energia kõikuda spontaanselt, kuni selle keskmine väärtus püsib. Hawking näitas, et musta augu sündmuse horisondi lähedale võivad ilmuda paarid osakesi, kus üks osake jääb sündmuse horisondi sisse lõksu (vähendades mustade aukude massi pisut), samas kui teine pääseb kiirguse eest (kandes natuke musta augu energia).
Kui Hawkingi kiirgus lahendas ühe musta aukudega seotud probleemi, lõi see veel ühe tulemüüri paradoksina tuntud probleemi. Kui kvantosakesed ilmuvad paarikaupa, on nad takerdunud, mis tähendab, et nad on ühendatud kvantmeetodil. Kui ühe osakese hõivab must auk ja teine pääseb välja, siis puruneb paari takerdunud olemus. Kvantmehaanikas ütleksime, et osakeste paar ilmub puhtas olekus ja sündmuste horisont näib seda olekut rikkuvat.
Eelmisel aastal näidati, et kui Hawkingi kiirgus on puhtas olekus, siis ei saa see kiirgada termodünaamika poolt nõutaval viisil, või loob see sündmushorisondi pinna lähedale suure energiaga osakeste tulemüüri. Seda nimetatakse sageli tulemüüri paradoksiks, kuna üldrelatiivsusteooria kohaselt ei tohiks te musta augu sündmuse horisondi lähedal märgata midagi ebaharilikku. Üldrelatiivsuse põhiidee (samaväärsuse põhimõte) eeldab, et kui kukute vabalt sündmusehorisondi poole, ei tohiks olla kõrge energiaga osakestest tulivihane tulemüür. Hawking pakkus oma artiklis välja selle paradoksi lahenduse, tehes ettepaneku, et mustadel aukutel pole sündmuste horisonti. Selle asemel on neil silmaring, mis ei vaja termodünaamika järgimiseks tulemüüri. Seetõttu kuulutati populaarses ajakirjanduses, et mustad augud puuduvad.
Kuid tulemüüri paradoks tekib ainult siis, kui Hawkingi kiirgus on puhtas olekus, ja Sabine Hossenfelderi eelmise kuu paber näitab, et Hawkingi kiirgus pole puhtas olekus. Hossenfelder näitab oma artiklis, et selle asemel, et tekkida takerdunud osakesi, on Hawkingi kiirgus tingitud kahest takerdunud osakeste paarist. Üks takerdunud paar jääb musta augu vahele, teine takerdunud paar pääseb välja. Protsess sarnaneb Hawkingi algse ettepanekuga, kuid Hawkingi osakesed pole puhtas olekus.
Nii et paradoksi pole. Mustad augud võivad kiirgada viisil, mis sobib kokku termodünaamikaga, ja sündmuse horisondi lähedal oleval piirkonnal pole tulemüüri, nagu üldine relatiivsus nõuab. Hawkingi ettepanek on lahendus probleemile, mida pole olemas.
See, mida ma siin esitasin, on olukorrast väga ligikaudne ülevaade. Olen mõelnud mõnede peenemate aspektide üle. Täpsema (ja märkimisväärselt selge) ülevaate saamiseks tutvuge Ethan Seigeli postitusega oma ajaveebis Starts With a Bang! Vaadake ka Sabine Hossenfelderi ajaveebi Tagasi reaktsioon postitust, kus ta räägib ise sellest teemast.
