Wykrycie fal grawitacyjnych potwierdza „proroctwo” Einsteina i Hawkinga dotyczące czarnych dziur

Naukowcy właśnie zarejestrowali najbardziej szczegółowy sygnał fali grawitacyjnej pochodzący ze zderzenia czarnych dziur, potwierdzając tym samym po raz pierwszy prawdziwość dwóch ważnych przewidywań Einsteina i Hawkinga dotyczących czarnych dziur.

Kiedy dwie czarne dziury się łączą, tworzą w przestrzeni fale grawitacyjne. Detektory na Ziemi mogą „wychwycić” te sygnały, pomagając naukowcom lepiej zrozumieć wszechświat. Zdjęcie: Maggie Chiang/Simons Foundation

Czarne dziury, „kosmiczne potwory” o tak silnej grawitacji, że nawet światło nie jest w stanie z nich uciec, od dawna stanowią fascynujący temat dla naukowców.

Mimo że czarne dziury pojawiły się w teoretycznych pracach Alberta Einsteina ponad sto lat temu i były przedmiotem dogłębnych badań Stephena Hawkinga w XX wieku, nadal pozostają najbardziej niedostępnym przedmiotem we wszechświecie ze względu na swoją „niewidzialną” naturę.

Fale grawitacyjne: klucz do otwarcia drzwi do badań nad czarnymi dziurami

W 2015 roku Obserwatorium Fal Grawitacyjnych LIGO (USA) po raz pierwszy zarejestrowało fale grawitacyjne – zmarszczki w przestrzeni i czasie wywołane przez zderzenie dwóch czarnych dziur w odległych zakątkach Wszechświata. Odkrycie to zostało porównane do „otwarcia nowego spojrzenia” na Wszechświat, a także umożliwiło bezpośrednią weryfikację teorii dotyczących czarnych dziur.

Jednak wstępne dane nie są wystarczająco szczegółowe, aby potwierdzić dwie ważne prognozy.

Jedną z nich jest teoria Kerra Einsteina. Zgodnie z ogólną teorią względności, czarne dziury można opisać jedynie za pomocą dwóch podstawowych właściwości: masy i spinu. Wszystkie pozostałe właściwości „znikają” po wpadnięciu do czarnej dziury, co jest znane jako „twierdzenie o braku włosów”.

Drugim jest twierdzenie Hawkinga o polu powierzchni . Stephen Hawking przewidział w 1971 roku, że pole horyzontu zdarzeń czarnej dziury, czyli granica, z której nic nie może się wydostać, może jedynie pozostać takie samo lub zwiększać się z upływem czasu, nigdy się nie zmniejszając.

Uważa się, że jest to zasada podobna do drugiej zasady termodynamiki, która głosi, że entropia (stopień nieuporządkowania) wszechświata stale rośnie.

Przełom po dekadzie

Według Sciencedaily , międzynarodowa współpraca LIGO-Virgo-KAGRA opublikowała niedawno nowe wyniki badań w czasopiśmie Physical Review Letters . Zarejestrowano najdokładniejszy w historii sygnał fali grawitacyjnej, pochodzący ze zderzenia dwóch czarnych dziur (zdarzenie GW250114), w wyniku którego powstała gigantyczna czarna dziura o masie 63 razy większej od masy Słońca i obracająca się z prędkością do 100 razy na sekundę.

Dzięki najnowocześniejszej technologii naukowcy po raz pierwszy uzyskali „pełny obraz” stanu sprzed i po połączeniu dwóch czarnych dziur. Na podstawie tych danych potwierdzili jednocześnie dwie hipotezy:

Czarne dziury są rzeczywiście dokładnie opisane za pomocą masy i spinu, dokładnie tak, jak przewiduje ogólna teoria względności Einsteina.

Obszar horyzontu zdarzeń zwiększa się dopiero po połączeniu, zgodnie z twierdzeniem Hawkinga o obszarze.

Einstein (po prawej) i Hawking (po lewej) dokonali trafnych ocen natury czarnych dziur – Zdjęcie: MashableIndia

Od czarnych dziur do natury wszechświata

Dowód twierdzenia Hawkinga ujawnia dziwną paralelę między czarnymi dziurami a termodynamiką. Innymi słowy, wzrost powierzchni czarnej dziury przypomina wzrost entropii, co sugeruje, że czarne dziury mogą być „matematycznym oknem” na nasze rozumienie natury przestrzeni, czasu i największego przedsięwzięcia fizyki współczesnej: połączenia ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej w teorię grawitacji kwantowej.

„To jak dotąd najwyraźniejszy dowód na to, że czarne dziury we wszechświecie rzeczywiście odpowiadają teorii Einsteina” – powiedział Maximiliano Isi, członek zespołu badawczego. „Fakt, że powierzchnia czarnej dziury podlega temu samemu prawu co entropia, ma głębokie implikacje dla natury wszechświata”.

W ciągu następnej dekady detektory fal grawitacyjnych będą 10 razy bardziej czułe niż obecnie. Następca anteny kosmicznej interferometru laserowego, będącej w budowie, ma wychwytywać drgania pochodzące z supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk.

Ponad 100 lat po tym, jak Einstein przewidział istnienie czarnych dziur za pomocą równań matematycznych i ponad pół wieku po tym, jak Hawking udowodnił to teoretycznie, ludzkość zaczęła teraz bezpośrednio „słyszeć” i „widzieć” sygnały, które dowodzą, że jego przewidywania są słuszne.

Czarne dziury, które kiedyś istniały jedynie w podręcznikach do nauk ścisłych, stopniowo stają się „rzeczywistymi” bytami w oczach astronomów, a każdy zarejestrowany sygnał fali grawitacyjnej to krok naprzód w pomaganiu ludziom w lepszym zrozumieniu tajemniczego wszechświata, w którym żyjemy.

Powrót do tematu

MINH HAI

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