Et nyligt papir fra Stephen Hawking har skabt en anelse, selv førende Nature News til at erklære, at der ikke er sorte huller. Som jeg skrev i et tidligere indlæg, er det ikke helt, hvad Hawking hævdede. Men det er nu klart, at Hawkings påstand om sorte huller er forkert, fordi det paradoks, han prøver at tackle, ikke er et paradoks.
Det hele kommer ned på det, der kaldes firewall-paradokset for sorte huller. Det centrale træk ved et sort hul er dets begivenhedshorisont. Begivenhedshorisonten for et sort hul er dybest set punktet uden tilbagevenden, når man nærmer sig et sort hul. I Einsteins teori om generel relativitet er begivenhedshorisonten, hvor rum og tid er så fordrejet af tyngdekraften, at du aldrig kan undslippe. Kryds begivenhedshorisonten, og du er for evigt fanget.
Denne envejs natur af en begivenhedshorisont har længe været en udfordring til at forstå gravitationsfysik. For eksempel ser det ud til, at en begivenhedshorisont i sort hul bryder termodynamikens love. Et af termodynamikens principper er, at intet skal have en temperatur på absolut nul. Selv meget kolde ting udstråler lidt varme, men hvis et sort hul fælder lys, giver det ikke varme. Så et sort hul ville have en temperatur på nul, hvilket ikke skulle være muligt.
I 1974 demonstrerede Stephen Hawking, at sorte huller stråler lys på grund af kvantemekanikken. I kvante teori er der grænser for hvad der kan kendes om et objekt. For eksempel kan du ikke kende et objekts nøjagtige energi. På grund af denne usikkerhed kan et systems energi svinge spontant, så længe dets gennemsnit forbliver konstant. Hvad Hawking demonstrerede, er, at i nærheden af et sort huls hændelseshorisont kan der vises parpartikler, hvor den ene partikel bliver fanget i begivenhedshorisonten (reducerer massen af sorte huller lidt), mens den anden kan undslippe som stråling (bærer lidt af sort hul energi).
Mens Hawking-stråling løste et problem med sorte huller, skabte det et andet problem kendt som firewall-paradokset. Når kvantepartikler vises parvis, er de sammenfiltret, hvilket betyder, at de er forbundet på en kvante måde. Hvis den ene partikel er fanget af det sorte hul, og den anden slipper ud, brydes parrets sammenfiltrede natur. I kvantemekanik vil vi sige, at partikelparret forekommer i en ren tilstand, og begivenhedshorisonten ser ud til at bryde denne tilstand.
Sidste år blev det vist, at hvis Hawking-stråling er i en ren tilstand, kan den enten ikke stråle på den måde, der kræves af termodynamik, eller det ville skabe en firewall af partikler med høj energi nær overfladen af begivenhedshorisonten. Dette kaldes ofte firewall-paradokset, for ifølge den generelle relativitet skal du, hvis du tilfældigvis er i nærheden af et sort huls begivenhedshorisont, ikke bemærke noget usædvanligt. Den grundlæggende idé om generel relativitet (ækvivalensprincippet) kræver, at hvis du frit falder hen imod nær begivenhedshorisonten, ikke skal der være en rasende firewall af partikler med høj energi. I sin artikel foreslog Hawking en løsning på dette paradoks ved at foreslå, at sorte huller ikke har begivenhedshorisonter. I stedet har de tilsyneladende horisonter, der ikke kræver en firewall for at overholde termodynamik. Derfor erklæringen om ”ikke flere sorte huller” i den populære presse.
Men firewall-paradokset opstår kun, hvis Hawking-stråling er i ren tilstand, og et papir i sidste måned af Sabine Hossenfelder viser, at Hawking-stråling ikke er i ren tilstand. I hendes artikel viser Hossenfelder, at i stedet for at skyldes et par sammenfiltrede partikler, Hawking-stråling skyldes to par sammenfiltrede partikler. Det ene sammenfiltrede par bliver fanget af det sorte hul, mens det andet sammenfiltrede par slipper ud. Processen ligner Hawkings oprindelige forslag, men Hawking-partiklerne er ikke i en ren tilstand.
Så der er ikke noget paradoks. Sorte huller kan stråle på en måde, der stemmer overens med termodynamik, og regionen nær begivenhedshorisonten har ikke en firewall, ligesom generel relativitet kræver. Så Hawkings forslag er en løsning på et problem, der ikke findes.
Hvad jeg har præsenteret her, er en meget grov oversigt over situationen. Jeg har overordnet nogle af de mere subtile aspekter. For et mere detaljeret (og bemærkelsesværdigt klart) overblik tjek Ethan Seigels indlæg på hans blog Starts With a Bang! Se også indlægget på Sabine Hossenfelders blog, Back Reaction, hvor hun selv taler om problemet.
