En fersk artikkel av Stephen Hawking har skapt en anelse, til og med førte til Nature News å erklære at det ikke er sorte hull. Som jeg skrev i et tidligere innlegg, er det ikke helt det Hawking hevdet. Men det er nå klart at Hawkings påstand om sorte hull er feil fordi paradokset han prøver å adressere ikke tross alt er et paradoks.
Det hele kommer ned på det som er kjent som brannmurparadokset for sorte hull. Det sentrale trekk ved et svart hull er begivenhetshorisonten. Hendelseshorisonten til et svart hull er i utgangspunktet poenget med ingen retur når du nærmer deg et svart hull. I Einsteins teori om generell relativitet er hendelseshorisonten der rom og tid er så vrengt av tyngdekraften at du aldri kan unnslippe. Kryss hendelseshorisonten, og du er for alltid fanget.
Denne enveis natur av en hendelseshorisont har lenge vært en utfordring for å forstå gravitasjonsfysikk. For eksempel ser det ut til at en begivenhetshorisont i svart hull bryter med termodynamikkens lover. Et av prinsippene for termodynamikk er at ingenting skal ha en temperatur på absolutt null. Selv veldig kalde ting utstråler litt varme, men hvis et svart hull feller lys så gir det ikke av noe varme. Så et svart hull ville ha en temperatur på null, noe som ikke burde være mulig.
I 1974 demonstrerte Stephen Hawking at sorte hull stråler lys på grunn av kvantemekanikken. I kvanteteori er det grenser for hva som kan være kjent om et objekt. For eksempel kan du ikke kjenne et objekts eksakte energi. På grunn av denne usikkerheten kan energien i et system svinge spontant, så lenge gjennomsnittet holder seg konstant. Det Hawking demonstrerte, er at i nærheten av hendelseshorisonten til et svart hull kan par partikler vises, der den ene partikkelen blir fanget i hendelseshorisonten (reduserer svarte hullmassen litt) mens den andre kan unnslippe som stråling (bærer bort litt av svart hulls energi).
Mens Hawking-stråling løste ett problem med svarte hull, skapte det et annet problem kjent som brannmurparadokset. Når kvantepartikler vises parvis, er de sammenfiltret, noe som betyr at de er koblet på en kvante måte. Hvis den ene partikkelen blir fanget av det sorte hullet, og den andre slipper ut, blir den sammenfiltrede naturen til paret ødelagt. I kvantemekanikk vil vi si at partikkelparet vises i ren tilstand, og hendelseshorisonten ser ut til å bryte den tilstanden.
I fjor ble det vist at hvis Hawking-stråling er i en ren tilstand, så kan den ikke enten stråle på den måten som termodynamikk krever, eller så vil det skape en brannmur av partikler med høy energi nær overflaten av hendelseshorisonten. Dette kalles ofte brannmurparadokset, fordi du i henhold til generell relativitet bør være i nærheten av begivenhetshorisonten til et svart hull, du ikke bør legge merke til noe uvanlig. Den grunnleggende ideen om generell relativitet (ekvivalensprinsippet) krever at hvis du fritt faller mot hendelseshorisonten, ikke skal være en rasende brannmur av partikler med høy energi. I sin artikkel foreslo Hawking en løsning på dette paradokset ved å foreslå at sorte hull ikke har begivenhetshorisonter. I stedet har de tilsynelatende horisonter som ikke krever brannmur for å overholde termodynamikk. Derav erklæringen om "ikke flere sorte hull" i den populære pressen.
Men brannmurparadokset oppstår bare hvis Hawking-stråling er i en ren tilstand, og et papir i forrige måned av Sabine Hossenfelder viser at Hawking-stråling ikke er i ren tilstand. I hennes papir viser Hossenfelder at i stedet for å skyldes et par sammenfiltrede partikler, skyldes Hawking-stråling to par sammenfiltrede partikler. Det ene sammenfiltrede paret blir fanget av det sorte hullet, mens det andre sammenfiltrede paret slipper unna. Prosessen tilsvarer Hawkings opprinnelige forslag, men Hawking-partiklene er ikke i ren tilstand.
Så det er ikke noe paradoks. Svarte hull kan stråle på en måte som stemmer overens med termodynamikk, og regionen nær hendelseshorisonten har ikke en brannmur, akkurat som generell relativitet krever. Så Hawkings forslag er en løsning på et problem som ikke eksisterer.
Det jeg har presentert her er en veldig grov oversikt over situasjonen. Jeg har overordnet noen av de mer subtile aspektene. For en mer detaljert (og bemerkelsesverdig klar) oversikt, sjekk ut Ethan Seigels innlegg på bloggen hans Starts With a Bang! Sjekk også innlegget på Sabine Hossenfelders blogg, Back Reaction, der hun selv snakker om saken.
