През февруари тази година астрономите направиха монументално откритие. Почти сто години след предсказването им от Алберт Айнщайн, учените най-накрая откриха гравитационни вълни - „пулсации в пространството-време“, осветени от излъчването на две сливащи се черни дупки. Това наблюдение беше много ясно потвърждение на общата теория на относителността на Айнщайн, но в същото време това събитие беше смело доказателство, че законите на тази теория престават да действат веднага щом достигнат хоризонта на събитията от черни дупки.
От февруари тази година Лазерната интерферометрична гравитационна вълнова обсерватория (LIGO) е свидетел на гравитационни вълни общо три пъти. Изследователите най-накрая разгледаха внимателно откритията и сега твърдят, че са открили доказателства за това, което наричат "ехо" в рамките на вълни, които предизвикват прогнозите на Айнщайн за черни дупки.
Понастоящем тези изявления са публикувани в научната онлайн библиотека ArXiv.org, където могат да бъдат анализирани от други членове на физическата общност, преди да бъдат представени за партньорска проверка. Следователно има много реална вероятност свежи факти да бъдат открити в рамките на външен поглед върху данните за наблюденията на тези ехота. В допълнение, представените доказателства бяха предоставени с точност 5 Sigma, което е златният стандарт в света на физиката. Това означава, че в 3,5 милиона има една възможност наблюденията да са чисто съвпадение.
Ако обаче други изследвания покажат, че това „ехо“всъщност присъства, то за физиката това ще бъде огромно събитие. По-рано се предполагаше, че законите на общата относителност се рушат до ковачници, когато се приближават до центъра на черните дупки, но това откритие ще покаже, че законите също спират да работят на границите на тези пространствено-времеви явления. Ако това е така, тогава това може да е началото на раждането на законите на напълно нова физика.
„Откриването на LIGO и други организации в перспектива предлага невероятна възможност за изследване на нови физически закони“, казва Стив Гидингс, изследовател на черната дупка в Калифорнийския университет в Санта Барбара, който не участва в описаното днес проучване.
Ако ехото се окаже манекен, тогава общата относителност ще трябва да премине само още един тест. Десетилетия наред физиците се опитват да вкопчат черни дупки в тази теория, опитвайки се да намерят начини, които да я интегрират с квантовата механика, но теорията на Айнщайн се справя добре досега.
Но преди да продължим с дискусията, нека разберем какви са тези ехота и как те се отнасят към общата относителност.
Всичко се свежда до така наречения информационен парадокс на черните дупки. Според теорията на Айнщайн всичко, което пресича хоризонта на събитията от черни дупки, трябва да изчезне, не оставяйки нищо зад себе си. В традиционния смисъл това означава, че нищо, дори светлината, не е в състояние да излезе от черна дупка (оттук и името на този обект).
Промоционално видео:
Напоследък учените бяха силно озадачени чрез тестване на тази теория. Всъщност според законите на квантовата механика материята, погълната от черна дупка, всъщност може да остави следа под формата на информация. И така, как хоризонтът на събитията може да бъде описан едновременно както от гледна точка на общата относителност (всичко се унищожава след преминаване на границите му), така и от гледна точка на квантовата механика (от обекта, неговата информация остава)?
Този въпрос е един от най-трудните в съвременната физика и учените все още не могат да намерят отговор на него.
Едно от предложените обяснения е хипотезата за защитната стена от 2012 г., която предполага, че около хоризонта на събитията има пръстени от силно заредени частици, които изгарят всяка материя, която преминава през тях.
Физикът Стивън Хокинг има различно предположение. Той вярва, че черните дупки могат да бъдат заобиколени от мека "коса" (косата, разбира се, се използва тук като метафора). Тези "косми" представляват ниско заредени квантови смущения и държат подписи (информация, ако желаете) на всичко, което веднъж попадна в черна дупка.
Независимо към коя хипотеза сте по-склонни, основното им послание е едно и също: вместо чистия хоризонт на събитията, предвиден от общата относителност, границите на черните дупки могат да бъдат много по-сложни и размити, отколкото си представяхме. И основният проблем тук беше, че нямахме възможност по някакъв начин да проверим тези предположения. Докато LIGO не открие гравитационни вълни.
Сега, с наличните данни, международен екип от изследователи предлага начин да разберем какво се случва около черните дупки. Според новото предположение, ако хоризонтите на събитията от черни дупки всъщност не се поддадат на законите на общата относителност, тогава ехото трябва да остане след първоначалните гравитационни вълни.
Според изследователите ще бъде възможно да се открият благодарение на "космите", заобикалящи черната дупка, които са в състояние на възбуда и се държат в този момент като огледала. Те улавят някои от гравитационните вълни, избягали от черната дупка, обгръщат ги, предавайки част от състоянието си на безпокойство и след това могат да бъдат открити с инструменти като LIGO.
Според изчисленията на учените, тези ехота могат да бъдат открити с помощта на LIGO 0,1 и 0,3 секунди след първоначалното освобождаване на гравитационната вълна. И - ето и ето! Учените станаха свидетели на това! В същото време събитието се наблюдава не само в рамките на първото откриване на гравитационни вълни през февруари тази година, но и в рамките на трите наблюдения на гравитационните вълни през тази година.
Разбира се, трябва да се разбере, че трите събития трудно могат да бъдат наречени надеждни статистически данни. И така, докато остава възможността тези ехота да са били някакъв фонов шум (1 на 270 случая или 2.9 грешка Sigma), по-нататъшните наблюдения ще помогнат на изследователите да изградят по-солидна доказателствена база.
„Добрата новина е, че яснотата и чувствителността на LIGO ще бъдат значително подобрени скоро, така че ние имаме по-голяма възможност през следващите две години да потвърдим или отречем тези наблюдения“, заяви водещият изследовател Niaesh Afshordi.
Дори ако ехото може да бъде потвърдено, те няма да отговорят на въпроса какво ниво на неясност имат границите на черните дупки. Следователно решението на информационния парадокс засега е отложено. Засега е ясно едно: едно от най-важните открития във физиката тази година стана още по-изкушаващо.
НИКОЛАЙ ХИЖНЯК