Gravitációs hullámok detektálása megerősíti Einstein és Hawking fekete lyukakról szóló „jóslatát”

A tudósok nemrég rögzítették egy fekete lyuk ütközéséből származó legrészletesebb gravitációs hullámjelet, ezzel először megerősítve Einstein és Hawking két fontos, a fekete lyukakkal kapcsolatos jóslatának helyességét.

Amikor két fekete lyuk egyesül, gravitációs hullámoknak nevezett hullámokat hoznak létre az űrben. A földi detektorok képesek „elkapni” ezeket a jeleket, segítve a tudósokat abban, hogy jobban megértsék az univerzumot - Fotó: Maggie Chiang/Simons Foundation

A fekete lyukak, a gravitációs erejükből olyan erős „kozmikus szörnyetegek”, amelyekből még a fény sem tud kiszabadulni, régóta lenyűgöző témát jelentenek a tudósok számára.

Annak ellenére, hogy Albert Einstein több mint egy évszázaddal ezelőtt megjelent elméleti munkáiban, és Stephen Hawking is behatóan vizsgálta őket a 20. században, a fekete lyukak továbbra is a világegyetem legmegközelíthetetlenebb tárgyai „láthatatlan” természetük miatt.

Gravitációs hullámok: a kulcs a fekete lyukak kutatásához

2015-ben a LIGO Gravitációs Hullám Obszervatórium (USA) elsőként észlelt gravitációs hullámokat, azaz a térben és időben jelentkező fodrozódásokat, amelyeket két, a világegyetemben távoli ütköző fekete lyuk okozott. Ezt a felfedezést a világegyetem megfigyelésének „új érzékszervének megnyitásához” hasonlították, és lehetőséget adott a fekete lyukakkal kapcsolatos elméletek közvetlen igazolására is.

A kezdeti adatok azonban nem elég részletesek ahhoz, hogy két fontos előrejelzést megerősítsenek.

Az egyik Einstein Kerr-elmélete . Az általános relativitáselmélet szerint a fekete lyukakat csak két alapvető tulajdonsággal lehet leírni: a tömeggel és a spinnel. Minden más tulajdonság „eltűnik”, amikor egy fekete lyukba esnek, ezt nevezzük „hajszál nélküliség-tételnek”.

A második Hawking területtétele . Stephen Hawking 1971-ben megjósolta, hogy egy fekete lyuk eseményhorizontjának területe, az a határ, ahonnan semmi sem tud kiszabadulni, csak változatlan maradhat vagy növekedhet az idő múlásával, soha nem csökkenhet.

Ez a termodinamika második főtételéhez hasonló elvnek tekinthető, amely kimondja, hogy az univerzum entrópiája (rendezetlenségi foka) mindig növekszik.

Áttörés egy évtized után

A Sciencedaily szerint a nemzetközi LIGO-Virgo-KAGRA együttműködés nemrégiben új kutatási eredményeket tett közzé a Physical Review Letters folyóiratban. A valaha volt legrészletesebb gravitációs hullámjelet rögzítették, amely két fekete lyuk ütközéséből (GW250114 esemény) származik, és egy óriási fekete lyukat hoz létre, amelynek tömege 63-szorosa a Napénak, és másodpercenként akár 100-szor is megfordulhat.

A legmodernebb technológiának köszönhetően a tudósok első alkalommal kaptak „teljes képet” két fekete lyuk egyesülése előtti és utáni állapotáról. Ezekből az adatokból egyszerre két hipotézist is megerősítettek:

A fekete lyukakat valóban pontosan leírja a tömeg és a spin, ahogyan azt Einstein általános relativitáselmélete is megjósolta.

Az eseményhorizont területe csak az egyesülés után növekszik, Hawking területtételének megfelelően.

Einstein (jobbra) és Hawking (balra) pontos értékelést adott a fekete lyukak természetéről - Fotó: MashableIndia

A fekete lyukaktól az univerzum természetéig

Hawking tételének bizonyítása hátborzongató hasonlóságot tár fel a fekete lyukak és a termodinamika között. Más szóval, egy fekete lyuk területének növekedése olyan, mint az entrópia növekedése, ami arra utal, hogy a fekete lyukak „matematikai ablakot” jelenthetnek a tér, az idő természetének megértéséhez, és a modern fizika legnagyobb törekvéséhez: az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika egyesítéséhez a kvantumgravitáció elméletévé.

„Ez a legtisztább bizonyíték arra, hogy az univerzumban található fekete lyukak valóban megfelelnek Einstein elméletének” – mondta Maximiliano Isi, a kutatócsoport tagja. „Az a tény, hogy a fekete lyuk területe ugyanazon törvénynek engedelmeskedik, mint az entrópia, mélyreható következményekkel jár az univerzum természetére nézve.”

A következő évtizedben a gravitációs hullámdetektorok tízszer érzékenyebbek lesznek, mint manapság. A Lézerinterferométer Űrantenna teleszkóp utódja építés alatt áll, és ígéretes módon képes lesz érzékelni a galaxisaink középpontjában található szupermasszív fekete lyukak rezgéseit.

Több mint 100 évvel azután, hogy Einstein matematikai egyenletekkel megjósolta a fekete lyukak létezését, és több mint fél évszázaddal azután, hogy Hawking elméletileg bebizonyította azokat, az emberiség most elkezdte közvetlenül „hallani” és „látni” azokat a jeleket, amelyek alátámasztják ezeket a feltételezéseket.

A fekete lyukak, amelyek egykor csak a tudományos könyvekben léteztek, fokozatosan „valódi” entitásokká válnak a csillagászok szeme előtt, és minden rögzített gravitációs hullámjel egy lépés előre abban, hogy az emberiség jobban megértse a titokzatos univerzumot, amelyben élünk.

Vissza a témához

MINH HAI

Forrás: https://tuoitre.vn/phat-hien-song-hap-dan-xac-nhan-tien-tri-cua-einstein-va-hawking-ve-ho-den-20250913075131812.htm