Stephen Hawking døde i dag (14. marts) og efterlod en massiv arv fra arbejde som astrofysiker, videnskabsformidler, aktivist og figur af beundring af popkultur. Og på dagen for hans død forbliver et spørgsmål, han rejste og arbejdede med, indtil de sidste år af hans liv, ubesvarede: Kan information virkelig tabes til universet?
Hawkings mest berømte papir, "Black Hole Explosions?", Der blev offentliggjort for 44 år siden i 1974, tog en luge til hele opfattelsen af sorte huller, som fysikere tidligere havde forstået dem. Og det var Hawkings første slag på det grundlæggende spørgsmål.
"Klassisk set skulle et sort hul være 'helt koldt' i den forstand, at det absorberer alt, men afgiver intet. Sådan blev det forstået i de tidlige 1970'ere, skrev Robert McNees, fysiker ved Loyola University i Chicago, i en e-mail .
Et sort hul som dette ville udstråle ingen energi, og ingen ting kunne flygte ud af det. Det ville bare… eksistere, koldt, tavs og evigt. Hawkings papir gjorde de sorte huller levende - og muligvis dødelige.
”Da Stephen overvejede kvantemekaniske effekter i midten af 70'erne, opdagede han, at sorte huller i princippet skulle stråle som om de var termiske genstande med en temperatur,” fortalte McNees til Live Science. "Hvis de udstråler energi, falder deres masse. Og han fandt, at når dette sker, når de krymper, stiger deres temperatur, og de udstråler endnu hurtigere."
Til sidst vil det sorte hul måske forsvinde helt eller krympe til en lille nubbin. Uden fuldstændig forsoning af relativitet og kvantemekanik i en robust teori om "kvantetyngdekraft" (hvad fysikere kalder en "teori om alting"), forbliver det sidste trin i denne sorte hulfordampning et mysterium.
"Problemet er, at strålingen ifølge hans beregninger er perfekt termisk. Den bevarer ingen information om tilstanden af materialet, der dannede det sorte hul, og dette ville være i strid med en grundlæggende regel inden for kvantemekanik," skrev McNees .
Kvantefysik kræver, at hele fremtid og fortid for hver partikel i princippet er muligt at finde ud af og sammenkæde gennem en række kædede, kausale, sandsynlige begivenheder. Men hvis et sort hul frigiver en udifferentieret suppe med partikler med deres information - deres historie - uudvindelig slettes, er dette krav grundlæggende brudt.
"'informationsparadokset med sorte hul' og forsøg på at løse det har drevet meget af arbejdet i kvantetyngdekraft siden det først blev artikuleret," skrev McNees.
Hawking var allerede en dygtig fysiker i 1974. Og mange korte biografier indebærer, at hans vigtigste videnskabelige arbejde var bag ham efter udgivelsen af hans populærvidenskabelige bog "A Brief History of Time" fra 1988. Men Hawking fortsatte med at producere betydningsfulde og kontroversielle videnskabelige artikler indtil så sent som i dette årti, og kranglede med det paradoks, han introducerede årtier tidligere.
Det mest dramatiske papir i den sene karriere, som Hawking skrev, antydede, at de sorte huller, da de klassisk har været forstået, ikke findes overhovedet.
I "Opbevaring af oplysninger og vejrprognoser for sorte huller", der blev offentliggjort i 2014, foreslog han, at "begivenhedshorisonten" omkring sorte huller, det punkt, som endda lys ikke kunne undslippe, ikke rigtig eksisterer. I stedet for, skrev han, er der simpelthen en "tilsyneladende" horisont med fanget lys, der kunne falme væk og give lyset mulighed for at flygte.
"Fraværet af begivenhedshorisonter betyder, at der ikke er sorte huller - i betydningen regimer, hvorfra lys ikke kan undslippe til uendeligt," skrev Hawking.
Han foreslog også nogle grundlæggende begrebsmæssige problemer med en række funktioner, som fysikere havde tilskrevet sorte huller, som "firewalls" omkring deres grænser, der ødelægger observatører, der prøver at komme ind.
Det var ikke Hawkings sidste ord om videnskab. Så sent som i 2016 offentliggjorde Hawking en artikel med University of Cambridge fysiker Malcolm Perry og Harvard University fysiker Andrew Strominger kaldet "Blødt hår på sorte huller."
Forskerteamet argumenterede for, at sorte huller er omgivet af "bløde" eller partikler uden energi, som de kalder hår. Det hår, skrev de, gemmer den mistede information om partikler, der udsendes af sorte huller på "holografiske plader" ud over de sorte huls grænseregioner. Så informationen, mens de er forskudt, går aldrig rigtig tabt.
"En komplet beskrivelse af den holografiske plade og opløsning af informationsparadokset er fortsat en åben udfordring, som vi har præsenteret nye og konkrete værktøjer til at tackle," skrev de.
Selv nær slutningen af sit liv forblev Hawking i høj grad en fungerende videnskabsmand og præsenterede ideer, der avancerede hans felt, og ideer, som hans kolleger afviste.
"Det er mit indtryk, at 2014-papiret ikke er bredt accepteret. Papiret fra 2016 på den anden side, der er et arbejde med Perry og Strominger, er en retning, som folk stadig arbejder aktivt på," skrev McNees.
"Informationsparadokset med sorte huler har været et af de afgørende spørgsmål for folk, der arbejder med kvantetyngdekraften. Og da det forbliver ubesvaret, synes jeg det forbliver det mest interessante spørgsmål, der rejste sig."
