Математичка 'двострука копија': Физичари пронашли нови кључ за тајне Хокинговог зрачења

Црне рупе, космички објекти толико масивни да чак ни светлост не може побећи њиховој гравитацији, нису у потпуности црне. Оне емитују суптилну, готово неприметну измаглицу честица познату као Хокингова радијација, концепт који се налази у срцу највећих мистерија које окружују ове феномене.

Међутим, ово зрачење је толико слабо да га је, бар за сада, немогуће директно посматрати. Због тога су научници деценијама тражили алтернативне начине да га проуче.

Неколико независних тимова физичара пронашло је потпуно нови приступ овом проблему. Они користе предности једне дубоке математичке везе између две наизглед неповезане гране физике, познате као „двострука копија". Ова веза омогућава да се проблеми из света гравитације преведу и решавају у много познатијем свету физике честица.

Мостови између два света физике

Фундаментална физика данас почива на два велика стуба. Први је стандардни модел, теорија која са невероватном прецизношћу описује свет субатомских честица и силе које делују међу њима. Други је општа теорија релативности, која описује гравитацију као последицу закривљења простор-времена под утицајем масе и енергије.

„Двострука копија" успоставља математички мост између ове две наизглед одвојене теорије. Овај однос се може користити као алат за превођење, пребацујући прорачуне из једног „језика" физике у други. Таква замена може драстично да поједностави прорачуне или да открије потпуно нове увиде.

Према принципу двоструке копије, многи феномени из опште теорије релативности су математички еквивалентни феноменима који укључују одређене честице у стандардном моделу, али са једном кључном изменом: у једначинама опште релативности, један специфичан део математичког израза појављује се два пута, као „копија".

Од када је ова веза откривена 2010. године и развијана у наредним годинама, постала је изузетно користан алат за разумевање различитих гравитационих ефеката, како извештава Science News.

„То нам омогућава да израчунамо ствари које никада раније нисмо могли, једноставним рециклирањем резултата на паметан начин", објашњава теоријски физичар Крис Вајт са Универзитета Квин Мери у Лондону.

Хокингова радијација у новом светлу

До сада, научници нису имали одговарајући аналог за Хокингову радијацију у стандардном моделу заснован на двострукој копији. Проналазак таквог аналога „представља велики напредак за ове технике", истиче теоријска физичарка Синтија Килер са Државног универзитета Аризоне, која није била укључена у истраживање.

Значај овог открића лежи у томе што Хокингова радијација повезује оно што је огромно, попут црних рупа, са оним што је сићушно, попут елементарних честица. Нови радови показују да и „двострука копија" може да премости обе скале.

У раду који је прихваћен за објављивање у часопису Journal of High Energy Physics, Вајт и његове колеге су утврдили како се Хокингова радијација преводи на језик стандардног модела. У том језику, математички алтер его Хокингове радијације је наелектрисана честица која се расејава од сферне љуске наелектрисане материје која се урушава. Овај процес је, математички гледано, потпуно еквивалентан емисији једне честице Хокингове радијације из црне рупе.

Још два тима су, независно један од другог, дошла до суштински истог закључка. Њихови радови, објављени у фебруару у часопису Physical Review Letters, показују да је физика црних рупа суштински садржана унутар стандардног модела физике честица. 

Потрага за коначним одговорима

Научници се надају да ће на овај начин истражити још недокучивије аспекте црних рупа. На пример, истраживачи би желели да пронађу и аналог за хоризонт догађаја, границу иза које ништа што уђе не може побећи. 

Сама Хокингова радијација је довољно интригантна за даља истраживања. Након што је физичар Стивен Хокинг осмислио концепт радијације 1974. године, физичари су схватили да он имплицира једну загонетку. Како црна рупа избацује честице, она се смањује и на крају би требало потпуно да испари.

Физичари не разумеју шта се дешава са информацијама о материји коју је црна рупа некада прогутала. Према квантној физици, информација се не може уништити. Проучавање карактеристика Хокингове радијације, преведене на језик стандардног модела, могло би коначно да расветли шта се заиста дешава.

Хокингова радијација је проблем „камена из Розете", каже теоријски физичар Џон Џозеф Караско са Универзитета Нортвестерн у Еванстону. Проучавајући је, физичари би могли постати течнији у језику гравитације, отварајући врата ка дубљем разумевању свемира.