Sådan undslipper information sorte huller
En gammel Stephen Hawking-teori peger på, at sorte huller taber masse og fordamper over tid. Nu har forskere undersøgt, hvad der teoretisk set sker med informationen omkring det stof, de sorte huller æder og spytter ud igen.

Som en skal gemmer en nød, gemmer sorte huller på en kerne, der består af kvanterester af den oprindelige stjerne, som det sorte hul engang udsprang fra. Disse reststjerner i det sorte huls centrum kalder forskere Planckstjerner.

Planckstjerner kan måske rumme nøglen til at løse et gammelt paradoks, omkring hvad der sker med den information, der er knyttet til det stof, det sorte hul optager. Information dækker over de kvantemekaniske egenskaber, et stof besidder.

Det kaldes informationstabsparadokset og har fået fysikere til at klø sig eftertænksomt i nakken i årevis.

Ny løsning på gammelt paradoks

Informationstabsparadokset er opstået, efter Stephen Hawking i 1970'erne fremsatte sin teori om, at sorte huller over tid taber masse, evaporerer og til sidst forsvinder. Teorien er i dag bredt anerkendt i astrofysikerkredse.

Teorien rummer bare det problem, at kvantemekanikkens love dikterer, at information omkring stof ikke kan forsvinde. Men det gør det tilsyneladende, når stoffet konsumeres af et sort hul, og dette evaporerer.

LÆS OGSÅ: Kom helt tæt på Stephen Hawkings forunderlige liv

Paradokser er problematiske for videnskabsfolk, for de er et tegn på, at der enten er noget galt med teorierne, eller at der er noget, de ikke ved endnu. Derfor har to forskere fremsat en interessant teori, omkring hvad der sker med informationen. Det skriver Space.com

Hvis de har ret, kan det ikke alene løse paradokset, men også endeligt bekræfte kvantemekanikkens gravitationslove og være endnu en bekræftelse på Albert Einsteins relativitetsteori.

Forstå et sort hul på to minutter

Vi kommer tilbage til den nye teori, men først skal vi lige forklare, hvordan de sorte huller fungerer.

Sådan ser det ud, når et sort hul stjæler masse fra en nærliggende stjerne. Der danner sig en såkaldt tilvækstskive omkring det sort hul. (Foto: ESO/L. Calçada)

Et sort hul opstår oftest, når det interne pres i en stjerne bliver for stort, og den kollapser under sin egen tyngdekraft. Dermed opstår der områder i rummet, der har så høj massefylde, at intet - ikke engang lys - kan undslippe dem.

De fleste forskere mener, at der i centrum for sorte huller findes en såkaldt singularitet - en Planckstjerne - hvor masse tvinges sammen til ét enkelt punkt. Densiteten og massefylden i dette punkt menes at være uendeligt høj, så stoffet opnår en tilstand, hvor Albert Einsteins relativitetsteori ikke længere er gyldig.

LÆS OGSÅ: Computersimulering løser gåde om sorte huller

Tyngdekraften trækker alt mod denne singularitet, men tiltrækningen aftager med afstanden, så hele universet ikke opsluges af det sorte hul. Men kommer stof inden for en given afstand, som især afhænger af det sorte huls masse, krydser det den såkaldte hændelseshorisont, og så er håbet ude: Her undgår intet at blive opslugt af det sorte hul. 

Det sorte huls tiltrækningskraft forøges, jo tættere man kommer på singulariteten.

Big Bang var rettere 'big bounce'

Men hvad sker der med informationen fra alt det stof, et sort hul sluger, når hullet forsvinder? 

Det forsøger Carlo Rovelli fra Marseille Universitet og Francesca Vidotto fra Radboud Universitet i Holland at give en forklaring på i en artikel, der er publiceret på studiedelingssiden arXiv.org

Til at løse informationstabsparadokset bruger de teorien om, at Big Bang snarere var et big bounce. Det vil sige, at universet udvidede sig fra ét punkt efter først at have gennemgået en lang sammentrækningsfase. Når stoffet ikke kunne blive mindre eller sammentrækkes yderligere - og dermed nåede det såkaldte Planckstadie - begyndte det at udvide sig igen.

Det samme, mener de, sker med sorte huller.

Sorte huller sprøjter informationen ud igen

Fakta

Afstanden fra det sorte huls kerne til hændelseshorisonten kaldes Schwarzschildradiussen. Hvis det sorte hul imidlertid roterer, er Schwarzschildradiussen og afstanden mellem kerne og hændelseshorisont dog forskellig.

Efterhånden som det sorte hul fordamper, rykker hændelseshorisonten sig nærmere Planckstjernen i det sorte huls midte. Når de to møder hinanden, kan det sorte hul ikke længere holde på informationen, og det vil simpelthen sprøjte informationen ud igen.

Ifølge de to forskeres undersøgelse vil det skabe en dramatisk eksplosion, der udsender stråling med samme bølgelængder som gammastråler. Og det vil give god mening, da astronomer allerede har observeret såkaldte gammastråleudbrud i universet.

LÆS OGSÅ: Hawking: Sorte huller spytter også information ud igen

Forskernes beregninger er interessante, for hvis de holder vand, bakker de teorien om kvantetyngdekraften op og bakker yderligere op om Albert Einsteins relativitetsteori.

En teori af mange

Hvorvidt teorien holder stik, er umuligt at sige på nuværende tidspunkt. Ifølge Niels Obers, der er professor på Niels Bohr Institutets afdeling for teoretisk partikelfysik og kosmologi, er denne nye teori blot én af mange svar på informationstabsparadokset.

»Før vi kan være sikre på, om teorier som denne holder, skal der meget mere arbejde til for at se, om den holder vand og kan leve op til vigtige teoretiske sammenhængstjek,« siger Niels Obers, der ikke selv har deltaget i udarbejdelsen af teorien.

Men Niels Obers medgiver, at hvis det bliver bekræftet, at denne teori - eller en anden - holder, vil det have enorme konsekvenser.

»Enhver løsning på informationstabsparadokset ville være et kæmpe fremskridt for vores forståelse af sorte hullers kvantemekaniske egenskaber, og mere generelt for at inkorporere kvantemekanik i Einsteins teori om general relativitet, for eksempel ved at konstruere en teori for kvantetyngdekraft,« siger han.

Med en løsning på informationstabsparadokset kommer vi utvivlsomt en meget dybere forståelse af tilblivelsen og udviklingen af universet nærmere.

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.