Siden de første gang blev observeret i 2015, har gravitationsbølger gjort det muligt for forskere at opdage et stort antal hidtil usete sorte huller og beregne nogle af objekternes bulkegenskaber – såsom deres masser og afstande fra Jorden. Men et par fysikere i Storbritannien mener, at det burde være muligt at gøre det meget bedre. Forskerne hævder i et nyt papir, at gravitationsbølger kan fortælle os i detaljer om, hvordan sorte huller opsluger objekter, mens de vokser - og derved hjælpe med at løse informationsparadokset forårsaget af Hawking-stråling.
Sorte huller er berømte for at fortære enhver genstand, der krydser deres begivenhedshorisont. Samtidig menes de løbende at lække energi til rummet i form af Hawking stråling. Foreslået af Stephen Hawking i 1974, er denne emission sort kropsstråling, der får et sort hul til at skrumpe og til sidst forsvinde. Det eneste ikke-tilfældige træk ved disse utætte fotoner er deres energi, som bestemmes af det sorte huls masse. Denne emission fører til et paradoks - at det sorte hul vil miste al den information, det engang indeholdt om de objekter, det fangede, hvilket modsiger den ikke-destruktion af information som fastsat af kvantemekanikken.
Fysikere har fremlagt adskillige mulige løsninger på dette puslespil, de fleste involverer en eller anden subtil kodning af information inden for Hawking-stråling. Men Louis Hamaide , Theo Torres fra King's College London regner med, at gravitationsbølger kan tilbyde en mere naturlig vej ud. De har fundet ud af, at næsten al information om ethvert objekt suget ind i et sort hul ville kunne genfindes ved at måle gravitationsstrålingen, der afgives, når objektet forsvinder i glemslen.
Indtil videre er gravitationsbølger fra sorte huller blevet opdaget af LIGO-Virgo-observatorierne. Dette er kilometerstore laserinterferometre, der registrerer signaler, der udsendes af par af sorte huller, når de spiraler ind på hinanden og derefter smelter sammen. Disse sorte huller er så massive, at deres tyngdekraftsstråling er stærk nok til at forblive sporbar efter udbredelse af millioner af lysår til Jorden.
Indfaldende genstand
I deres nye forskning overvejer Hamaide og Torres i stedet strålingen afgivet af meget små genstande, der falder ned i Schwarzschild sorte huller - det er sorte huller, der ikke spinder og har ingen elektrisk ladning. Duoens beregninger udnytter perturbationsteorien, som i det væsentlige er en korrektion af et sort huls egenskaber af det indfaldende objekt. Denne tilgang giver et nøjagtigt, analytisk udtryk for den udsendte stråling - i modsætning til de numeriske simuleringer og kurvetilpasning, der er nødvendig for at beregne adfærden for to legemer med ens masse.
Ved at arbejde gennem ligningerne fandt forskerne ud af, at signaturen efterladt af et faldende objekt er overraskende enkel. Mens massen af det sorte hul er bundet til frekvensen af gravitationsbølgerne, er massen af det fangede objekt i stedet indkodet i bølgernes amplitude. Tidspunktet for indfangningen afsløres af strålingens fase, mens dens bane kan beregnes ved at observere emissionen fra flere udsigtspunkter.
Hamaide hævder, at disse data ville være meget lettere at indsamle og fortolke end den "meget spredte" information, der måske kan opnås fra Hawking-stråling. "Vi ser, at oplysningerne kommer i meget flotte pakker," tilføjer han.
Andre forskere er imidlertid skeptiske over for nytten af disse gravitationsbølgesignaturer. Robert Mann fra University of Waterloo i Canada hævder, at det, der betyder noget, ikke er information om genstande, der falder ned i et sort hul, når det først er dannet, men i stedet viden om, hvad der skabte det sorte hul i første omgang. Han siger også, at forfatterne gør en gyldig pointe om, at et sort hul er "dybest set et åbent kvantesystem", men bemærker, at de udfører meget lidt kvante- eller endda semi-klassisk analyse.
Kvanteunderskud
Hamaide og Torres anerkender, at signaturerne er helt klassiske, mens objektets komplette beskrivelse ville være kvantemekanisk - kommer i form af dets bølgefunktion. De beregner, at den klassiske information ville udgøre langt over 99.9% af den samlede mængde, men påpeger, at kun 100% vil klare sig, når det kommer til fuldstændig løsning af informationsparadokset. Med andre ord, siger de, uanset hvor nøjagtige målingerne er, vil deres analyse aldrig gendanne al information fra et sort hul.
I virkeligheden, Vitor Cardoso fra Universitetet i Lissabon i Portugal og Niels Bohr Institutet i København hævder, at det ikke ville være muligt at måle den klassiske information i alle tilfælde – i betragtning af at stof, der kollapser med fuldstændig sfærisk symmetri, ikke ville generere gravitationsbølger. Cardoso tvivler også på, at der kan foretages praktiske målinger - i betragtning af hvad han siger ville være behovet for flere, uendeligt følsomme detektorer, der omgiver kilden.
Jorge Pullin fra Louisiana State University i USA er også skeptisk over for det seneste værks praktiske anvendelighed, mens de roser forfatternes "interessante pointer om informationssøgning". Han bemærker, at aktuelle observationer af gravitationsbølger kæmper for at løse de kolliderende objekters masse og spin (inklusive sidstnævntes tegn). "Dette vil sandsynligvis ikke ændre sig for meget i den nærmeste fremtid," tilføjer han.
Hamaide erkender, at de bittesmå signaler fra det pertubative system, de har overvejet, ikke kunne opfanges af nogen eksisterende eller planlagt detektor. Alligevel hævder han, at der er et aspekt af deres arbejde, der burde give trøst til nutidens astrofysikere. Dette er det faktum, at det udelukker den teoretiske mulighed (kendt som degeneration), at efterhånden som gravitationsbølgedetektorer bliver mere følsomme, vil det blive mere (ikke mindre) vanskeligt at finde ud af specifikke værdier for sorte hulmasser og andre egenskaber. "Det vil ikke ske," siger han.
Forskningen er beskrevet i Klassisk og kvantetyngdekraft.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/gravitational-waves-could-reveal-hidden-histories-of-black-holes/
- :er
- $OP
- a
- Om
- AC
- Konto
- præcis
- anerkende
- Tilføjer
- Efter
- Alle
- analyse
- Analytisk
- ,
- En anden
- tilgang
- ER
- argumentere
- hævder
- kunstnerisk
- AS
- udseende
- At
- forfattere
- BE
- bliver
- være
- Bedre
- Sort
- Black Hole
- sorte huller
- bragte
- by
- beregne
- beregninger
- CAN
- Canada
- fange
- bære
- tilfælde
- årsager
- lave om
- afgift
- flyde sammen
- indsamler
- Kollegium
- komfort
- kommer
- fuldføre
- fuldstændig
- Overvej
- betragtes
- kontinuerligt
- kontrast
- kunne
- oprettet
- Nuværende
- skøger
- data
- beskrevet
- beskrivelse
- detail
- opdaget
- bestemmes
- svært
- forsvinder
- gør
- tvivl
- jorden
- lettere
- emission
- aktiveret
- energi
- nok
- helt
- ligninger
- væsentlige
- Endog
- begivenhed
- til sidst
- eksisterende
- Exploit
- Faldende
- berømt
- Feature
- Fornavn
- montering
- Til
- formular
- dannet
- Videresend
- fundet
- Frekvens
- fra
- fremtiden
- generere
- given
- gravitationel
- Tyngdekraftsbølger
- Grow
- ske
- Have
- hjælpe
- Skjult
- Hole
- Huller
- Home
- Horizons
- Hvordan
- HTTPS
- billede
- in
- I andre
- Herunder
- oplysninger
- i stedet
- Institut
- spørgsmål
- IT
- ITS
- jpg
- viden
- kendt
- stor
- laser
- seneste
- Leads
- lække
- Sandsynlig
- Lissabon
- lidt
- London
- taber
- Louisiana
- lavet
- fastholder
- lave
- Masse
- masserne
- massive
- Matter
- Matters
- max-bredde
- måle
- målinger
- måling
- mekanik
- millioner
- mere
- mest
- flere
- Natural
- I nærheden af
- Behov
- Ny
- Noter
- numre
- talrige
- objekt
- objekter
- of
- tilbyde
- on
- ONE
- åbent
- Andet
- pakker
- par
- Papir
- Paradox
- måske
- fase
- Fotoner
- PHP
- plukket
- Place
- planlagt
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- Punkt
- punkter
- Portugisisk vin
- Muligheden
- mulig
- Praktisk
- tidligere
- egenskaber
- foreslog
- sætte
- puslespil
- Quantum
- Kvantemekanik
- Recover
- forblive
- forskning
- Forskning tyder
- forskere
- løse
- afsløre
- Revealed
- regler
- samme
- siger
- forskere
- se
- følsom
- bør
- underskrive
- signaler
- Underskrifter
- lignende
- Simpelt
- lille
- So
- Løsninger
- nogle
- Kilde
- Space
- specifikke
- Spin
- spredes
- Tilstand
- Stephen
- Stadig
- stærk
- Kamp
- sådan
- foreslår
- Omkringliggende
- systemet
- at
- oplysninger
- The Source
- UK
- deres
- teoretisk
- Disse
- tænkte
- Gennem
- thumbnail
- Tied
- tid
- timing
- til
- nutidens
- også
- I alt
- bane
- Uk
- universitet
- us
- nytte
- Værdier
- via
- Wave
- bølger
- Vej..
- GODT
- Hvad
- som
- mens
- vilje
- med
- inden for
- ord
- Arbejde
- træning
- arbejdede
- ville
- udbytter
- zephyrnet