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

Naukowcy właśnie zarejestrowali najbardziej szczegółowe sygnały fal grawitacyjnych pochodzące ze zderzenia czarnych dziur, potwierdzając tym samym po raz pierwszy dwa ważne przewidywania Einsteina i Hawkinga dotyczące czarnych dziur.

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

Czarne dziury, te „kosmiczne potwory” o tak potężnej sile grawitacji, że nawet światło nie jest w stanie z nich uciec, od dawna fascynują 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 one najbardziej niedostępnym tematem we wszechświecie ze względu na ich „niewidzialną” naturę.

Fale grawitacyjne: klucz do zrozumienia badań czarnych dziur.

W 2015 roku Obserwatorium Fal Grawitacyjnych LIGO (USA) po raz pierwszy wykryło fale grawitacyjne – zmarszczki w przestrzeni i czasie powstałe w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur w odległym wszechświecie. Odkrycie to zostało porównane do „otwarcia nowego sensu” obserwacji wszechświata, a także umożliwiło bezpośrednie przetestowanie teorii dotyczących czarnych dziur.

Jednak wstępne dane nie są wystarczająco szczegółowe, aby potwierdzić te dwie kluczowe 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 inne właściwości „znikają” po wpadnięciu do czarnej dziury – zjawisko to znane jest jako „twierdzenie o braku włosów”.

Po drugie, istnieje twierdzenie Hawkinga o polu powierzchni . W 1971 roku Stephen Hawking przewidział, że pole powierzchni horyzontu zdarzeń czarnej dziury, czyli granica, z której nic nie może się wydostać, może jedynie pozostać stałe lub zwiększać się z upływem czasu, nigdy nie malejąc.

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 najdokładniejsze w historii sygnały fal grawitacyjnych, pochodzące ze zderzenia dwóch czarnych dziur (zdarzenie GW250114), w wyniku którego powstała supermasywna czarna dziura o masie 63 razy większej od masy Słońca i obracająca się z prędkością 100 obrotów na sekundę.

Dzięki przełomowym osiągnięciom technologicznym naukowcy po raz pierwszy uzyskali „pełny obraz” zarówno zdarzeń przed, jak i po połączeniu dwóch czarnych dziur. Na podstawie tych danych jednocześnie potwierdzili dwie hipotezy:

Czarne dziury można dokładnie opisać za pomocą ich masy i ruchu obrotowego, dokładnie tak, jak przewiduje ogólna teoria względności Einsteina.

Zgodnie z twierdzeniem Hawkinga powierzchnia horyzontu zdarzeń zwiększyła się dopiero po połączeniu.

Einstein (po prawej) i Hawking (po lewej) poczynili trafne obserwacje dotyczące natury czarnych dziur – Zdjęcie: MashableIndia

Od czarnych dziur do natury wszechświata

Dowód twierdzenia Hawkinga ujawnia uderzającą paralelę między czarnymi dziurami a termodynamiką. Innymi słowy, wzrost powierzchni czarnej dziury jest podobny do wzrostu entropii, co sugeruje, że czarne dziury mogą być „matematycznym oknem”, które pozwala nam głębiej zrozumieć naturę przestrzeni, czasu, a nawet największe osiągnięcie fizyki współczesnej: połączenie ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej w kwantową grawitację.

Maximiliano Isi, członek zespołu badawczego, stwierdził: „To jak dotąd najwyraźniejszy dowód na to, że czarne dziury w kosmosie rzeczywiście przypominają to, co Einstein opisał w swojej teorii. Fakt, że powierzchnia czarnej dziury podąża za podobnym wzorcem entropii, ma bardzo głębokie implikacje dla natury wszechświata”.

W ciągu następnej dekady detektory fal grawitacyjnych będą 10 razy bardziej czułe niż obecnie. Trwają prace nad następcą kosmicznej anteny interferometru laserowego, która ma wychwycić 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 teoretycznie to udowodnił, ludzkość zaczęła teraz bezpośrednio „słyszeć” i „widzieć” sygnały, które dowodzą, że mieli rację.

Czarne dziury, które wcześniej istniały jedynie w podręcznikach naukowych, stopniowo stają się „rzeczywistym” bytem w oczach astronomów, a każdy zarejestrowany sygnał fali grawitacyjnej to krok naprzód w pomaganiu ludzkości 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