Hawking hat eine Vorhersage über Schwarze Löcher gemacht und Physiker haben sie gerade bestätigt

Für sich genommen ist ein Schwarzes Loch bemerkenswert einfach zu beschreiben. Die einzigen beobachtbaren Eigenschaften eines Schwarzen Lochs sind seine Masse, seine elektrische Ladung (normalerweise null) und seine Rotation oder sein Spin. Es spielt keine Rolle, wie sich ein Schwarzes Loch bildet. Letztendlich haben alle Schwarzen Löcher die gleiche allgemeine Struktur. Was seltsam ist, wenn man darüber nachdenkt. Werfen Sie genug Eisen und Stein zusammen und Sie erhalten einen Planeten. Werfen Sie Wasserstoff und Helium zusammen, und Sie können einen Stern machen. Aber man könnte Grasschnitt, Kaugummi und altes zusammenwerfenHarry PotterBücher, und Sie würden die gleiche Art von Schwarzem Loch bekommen, die Sie bekommen würden, wenn Sie nur reinen Wasserstoff verwenden würden.

Dieses seltsame Verhalten von Schwarzen Löchern ist als No-Hair-Theorem bekannt und bezieht sich auf das, was als bekannt ist Informationsparadoxon. Kurz gesagt, da alles im Universum durch eine bestimmte Menge an Informationen beschrieben werden kann und Objekte nicht einfach verschwinden können, sollte die Gesamtmenge an Informationen im Universum konstant sein. Aber wenn Sie einen Stuhl in ein Schwarzes Loch werfen, erhöht dies nur die Masse und den Spin des Schwarzen Lochs. Alle Informationen über die Farbe des Stuhls, ob aus Holz oder Stahl, ob groß oder klein, gehen verloren. Wo sind diese Informationen geblieben?

Ein Schwarzes Loch scheint Informationen von Objekten zu entfernen. Kredit: [E-Mail-geschützt] — Gravitation @ Aveiro University

Eine Lösung für dieses Informationsparadox könnte dank Stephen Hawking möglich sein. Bereits 1974 zeigte er, dass der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs möglicherweise nicht absolut ist. Aufgrund der Quantenunbestimmtheit sollten Schwarze Löcher eine winzige Menge Licht aussenden, die heute als Hawking-Strahlung bekannt ist. Hawking-Strahlung wurde noch nie beobachtet, aber wenn sie existiert, könnten die Informationen, die beim Eindringen von Objekten in ein Schwarzes Loch verloren gehen, über dieses Licht aus dem Schwarzen Loch transportiert werden. Somit gehen die Informationen nicht wirklich verloren.

Wenn die Hawking-Strahlung real ist, bedeutet dies auch, dass Schwarze Löcher den Gesetzen der Thermodynamik folgen. Es ist eine Idee, die erstmals von Jacob Bekenstein vorgeschlagen wurde. Wenn Schwarze Löcher Licht emittieren, müssen sie eine thermische Temperatur haben. Ausgehend von Bekensteins Idee haben mehrere Physiker gezeigt, dass es für Schwarze Löcher eine Reihe von Gesetzen gibt, die als bekannt sind Thermodynamik Schwarzer Löcher.

Da Sie diesen Artikel lesen, kennen Sie wahrscheinlich den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass die Entropie jedes Systems zunehmen muss. Aus diesem Grund kühlt eine Tasse heißen Kaffee mit der Zeit ab und erwärmt den Raum leicht, bis der Kaffee und der Raum alle die gleiche Temperatur haben. Sie sehen nie, wie sich eine kalte Tasse Kaffee spontan erwärmt und gleichzeitig den Raum leicht kühlt. Eine andere Möglichkeit, den zweiten Hauptsatz zu formulieren, besteht darin, dass Wärme von einem heißen Objekt zu umgebenden kühleren Objekten fließt.

Gravitationswellendaten zeigen eine Zunahme der Schwarzen Lochfläche. Bildnachweis: Isi, Maximiliano, et al

Für Schwarze Löcher gilt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik für die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs. Die Hawking-Temperatur eines Schwarzen Lochs hängt mit diesem Bereich zusammen. Je größer das Schwarze Loch, desto niedriger seine Hawking-Temperatur. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik Schwarzer Löcher besagt also, dass für jede Verschmelzung Schwarzer Löcher die Entropie zunehmen muss. Das bedeutet, dass die Oberfläche des resultierenden Schwarzen Lochs größer sein muss als die Oberflächen der beiden ursprünglichen Schwarzen Löcher zusammen. Dies ist bekannt alsHawkings Flächensatz.

All dies ist natürlich ein Haufen mathematischer Theorie. Es ist das, was wir angesichts unseres Verständnisses der Physik erwarten, aber es zu beweisen ist eine andere Sache. Jetzt eine Studie inPhysische Überprüfungsschreibenhat uns den Beweis geliefert, dass dies wahr ist.[^1] Das Team untersuchte die allererste Beobachtung von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern. Das Ereignis ist heute als GW150914 bekannt und war eine Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit 29 Sonnenmassen und einem Schwarzen Loch mit 36 ​​Sonnenmassen. Mit einer neuen Analysemethode der von ihnen erzeugten Gravitationswellen konnte das Team die Ereignishorizontoberflächen der ursprünglichen Schwarzen Löcher berechnen. Als sie sie mit der Oberfläche des letzten Schwarzen Lochs mit 62 Sonnenmassen verglichen, stellten sie fest, dass die Gesamtfläche zugenommen hatte.

Die Ergebnisse haben ein Vertrauensniveau von 97%, was gut, aber nicht stark genug ist, um als Clinch-Beweis zu gelten. Aber diese Methode kann auf andere Verschmelzungen Schwarzer Löcher angewendet werden, und es ist der erste echte Beweis dafür, dass die Thermodynamik Schwarzer Löcher mehr als nur eine Theorie ist.

Referenz:Isi, Maximiliano et al. ' Testen des Schwarz-Loch-Flächengesetzes mit GW150914 . 'Physische Überprüfungsschreiben127,1 (2021): 011103.