W następstwie historycznego oświadczenia o odkryciu fal grawitacyjnych za pomocą interferometru laserowego w obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO) z ubiegłego tygodnia, brytyjski fizyk i teoretyk czarnych dziur pogratulował współpracy prowadzonej przez USA i podzielił się swoim podekscytowaniem na temat znaczenia tego historycznego momentu.
„Wyniki te potwierdzają kilka bardzo ważnych prognoz ogólnej teorii względności Einsteina” - powiedział Hawking dla BBC. „To bezpośrednio potwierdza istnienie fal grawitacyjnych”.
Gdy staje się jasne, bezpośrednie wykrywanie tych pulsacji w czasoprzestrzeni potwierdza dobrze znaną ogólną teorię względności Einsteina. Ale otwierają też nasze oczy na nieznany wcześniej „ciemny” Wszechświat. Astronomia wykorzystuje widmo elektromagnetyczne (na przykład światło widzialne, promieniowanie rentgenowskie, podczerwień) do badania wszechświata. Ale obiekty, które nie emitują widma elektromagnetycznego, pozostają niezauważone. Teraz wiemy, jak wykrywać fale grawitacyjne i nie może być zmiany paradygmatu w sposobie definiowania i badania niektórych z najbardziej energetycznych zjawisk kosmicznych.
Animacja połączenia dwóch czarnych dziur:
„Fale grawitacyjne zapewniają zupełnie nowy sposób eksploracji wszechświata” - powiedział Hawking. „Możliwość ich wykrycia ma ogromny potencjał dla rewolucji w astronomii”.
Z pomocą dwóch stacji obserwacyjnych LIGO, zlokalizowanych w Luizjanie i Waszyngtonie, fizycy nie tylko znaleźli fale grawitacyjne. Dzięki tym falom grawitacyjnym odkryli wyraźniejszy sygnał, który bardzo ściśle odpowiada teoretycznemu modelowi fuzji czarnych dziur, który nastąpił około 1,3 miliarda lat świetlnych temu od Ziemi. Już ze wstępnej analizy sygnału czarnych dziur Hawking zdał sobie sprawę, że system wydaje się podobny do teorii, którą opracował w latach siedemdziesiątych.
„To odkrycie jest pierwszym odkryciem podwójnego systemu czarnej dziury i pierwszą obserwacją połączenia czarnych dziur” - powiedział. „Obserwowane właściwości tego systemu są zgodne z przewidywaniami dotyczącymi czarnych dziur, które zrobiłem tutaj w Cambridge w 1970 r.”
Hawking, prawdopodobnie najbardziej znany ze swojej pracy nad połączeniem teorii kwantowej z fizyką czarnej dziury, rozumie, że czarne dziury wyparowują z czasem. To pociąga go do angażowania się w fascynujący „Paradoks zapory ogniowej”, który wciąż huczy w społeczności fizyków teoretycznych. Ale tutaj zwraca się do twierdzenia o czarnej strefie dziur, które stanowiło podstawę „drugiego prawa” mechaniki czarnej dziury. Prawo to stwierdza, że entropia, czyli poziom dezorganizacji informacji, nie może się z czasem zmniejszać w systemie czarnej dziury. Konsekwencją tego twierdzenia jest to, że 14 września służył on jako zbieżność dwóch czarnych dziur, a mianowicie, że łączny obszar końcowego obiektu „jest większy niż suma obszarów początkowych czarnych dziur”. Ponadto Hawking zauważa, że ta fala grawitacyjna odpowiada przewidywaniu opartemu na „twierdzeniu o bezwłosości” czarnych dziur. Oznacza to, że czarna dziura może być opisana przez masę, ładunek elektryczny i moment pędu. Szczegóły dotyczące tego, jak ten sygnał pierwszej fali grawitacyjnej z czarnej dziury zgadza się z teorią i są złożone. Interesujące jest jednak to, że pierwsze odkrycie pozwoliło fizykom potwierdzić wieloletnią teorię, która do tej pory była jedynie obserwacjami nie opartymi na faktach.
„To odkrycie stanowi także zagadkę dla astrofizyków” - powiedział Hawking. - „Masa każdej z czarnych dziur jest większa niż oczekiwana dla tych obiektów, które powstają w wyniku grawitacyjnego zapadnięcia się gwiazdy. Jak więc obie te czarne dziury okazały się tak masywne? ”.
To pytanie dotyka jednej z największych tajemnic związanych z ewolucją czarnej dziury. Obecnie astronomowie usiłują zrozumieć, jak czarne dziury mogą rosnąć i stać się tak masywne. Na jednym końcu skali znajduje się masa gwiazdowa „czarnej dziury”, która tworzy się, gdy tylko masywna gwiazda staje się supernową, a także mamy mnóstwo dowodów na istnienie supermasywnych olbrzymów, które żyją w centrach większości galaktyk. Istnieje jednak rozbieżność.
Oryginalny wywiad Hawkinga:
Jeśli czarne dziury rosną, łącząc się i konsumując materię gwiezdną, to powinno to świadczyć o obecności czarnych dziur wszystkich rozmiarów. Ale „masa pośrednia” czarnej dziury i czarnych dziur o wielkości kilkudziesięciu mas Słońca rzadko nas zadziwia i kwestionują teorię ewolucji czarnych dziur. 14 września złapaliśmy sygnał zbiegu dwóch czarnych dziur, 29 i 36 mas Słońca. Ale, jak zauważył Hawking, sposób, w jaki te otwory mogą się połączyć, daje nam wskazówki do zbadania procesu wzrostu czarnych dziur.
Jedna rzecz jest jasna: po raz pierwszy uzyskaliśmy bezpośredni dowód na połączenie czarnych dziur i jest to kluczowy mechanizm leżący u podstaw ewolucji teorii czarnych dziur. Jesteśmy na dobrej drodze.
