Mikor a csillagászok először kutattak fekete lyukakat, mindenki úgy hitte, ezek az objektumok az univerzum zsákutcái. Rendkívül erős gravitációjuknak köszönhetően még a fényt is elnyelik, így az általánosan elfogadott álláspont az volt, hogy ami anyagot és információt egyszer egy fekete lyuk magába szív, az végleg eltűnik az univerzumból. Stephen Hawking figyelmét 1973-ban, egy moszkvai utazás során két szovjet tudós keltette fel, miután rámutattak, hogy bizonyos törvényszerűségek alapján egy fekete lyuknak részecskéket kell létrehozni és kisugározni. Hawking hazaérve nekilátott a fekete lyukak sugárzásának elméleti bizonyításának – egy elméletnek, amely máig meghatározó szerepet tölt be a fizikában.
Hawking professzor elméletének megértéséhez szükséges rámutatni az einsteini fizika és a kvantumfizika törvényszerűségei közötti ellentmondásra. Einstein relativitáselméletében az anyag elkülönül az energiától, a kvantumfizika szerint azonban atomi szinten anyag és energia egyként, elkülönítetlenül van jelen. A kvantumfizika ráadásul azt állítja, hogy az univerzum vákuuma tulajdonképpen nem is annyira üres, mint azt gondolnánk. A világűrben ugyanis bár anyag nincs jelen, az energia különböző mértékben, de kitölti a világegyetemet. Ma már tudjuk, hogy atomi szinten az anyag és energia nem különül el, így amikor az űr egy pontján nagy mennyiségű energia gyűlik össze, az materializálódik, vagyis az energia a másodperc törtrészére anyaggá válik. Mivel ezek a részecskék rendkívül rövid életűek, a tudósok csak virtuális részecskéknek nevezik őket. Ezek a virtuális részecskék sosem egyesével, hanem mindig párosával jönnek létre, egyik negatív, másik pozitív töltést hordozva, ennek eredményeként létrejöttük után egyből meg is semmisítik egymást és ismét energiává alakulnak.
Stephen Hawking szerint ezek a megfigyelhetetlen virtuális részecskék jelenthetik a kulcsot a fekete lyukak sugárzásához. A professzor szerint amikor ezek a részecskepárok a fekete lyuk eseményhorizontján (a fekete lyuk azon határterülete, amin belül már a fény is elnyelődik) bukkannak fel, a pár negatív töltésű tagja a fekete lyukba hullik, a megmaradt pozitív töltésű atomnak pedig elegendő energiája lesz, hogy elszakadjon a fekete lyuk vonzásából, ezzel létrehozva a Hawking-sugárzást. Azon túl, hogy ez a fajta kisugárzás segíthet a tudósoknak megérteni ezeket az objektumokat, a fekete lyukak halálát is előidézi. A beszívott negatív részecskék ugyanis folyamatosan csökkentik a lyuk tömegét, a tömegcsökkenéssel együtt a kisugárzás egyre intenzívebb lesz, míg végül a fekete lyuk felrobbanva egy pillanat alatt elveszti megmaradt tömegét.
Most két, egymástól független kutatócsoport is állítja: bizonyítani tudják a Hawking-sugárzás létezését, ráadásul teljesen eltérő módszerekkel.
Az izraeli Technion University fizikusai megkerülték a Hawking-sugárzás megfigyelésének problémáját, és földi körülmények között, lehűtött héliumatomokat hangsebességre gyorsítva hoztak létre úgynevezett akusztikus fekete lyukakat. A kísérletek során sikerült megfigyelni, ahogy az eseményhorizonton fononok, vagyis hangrészecskék párosával létrejöttek, majd egyikük a fekete lyuk fogságába esett, míg a másik eltávolodott az eseményhorizonttól. Jeff Steinhauer, a tudóscsoport vezetője már évek óta foglalkozik a Hawking-sugárzás bizonyításával – most úgy tűnik, sikerrel járhat. A 14 oldalas tanulmány még elbírálásra vár, de több, a Hawking-sugárzással foglalkozó tudós biztatónak találta eredményeit.
Chris Adami és Kamil Bradler, a University of Ottawa kutatói nem csupán a Hawking-sugárzás, hanem a fekete lyukakba hulló információ megmaradásának rejtélyét is – részben – megfejtették. Stephen Hawking állítása szerint a fekete lyuk felrobbanásakor nemcsak az anyag, hanem a benne foglalt információ is kiszabadul. Ennek a kérdésnek a megválaszolásában a fizikusoknak nagy segítségére lenne a tudományos világ által megszállottan keresett egyesített elmélet, amely feloldaná a fentebb említett ellentmondást a relativitáselmélet és a kvantumfizika között. Ennek hiányában a tudósok igen bonyolult matematikai és fizikai modellek felállítására kényszerültek, hogy rájöjjenek, milyen kapcsolatban áll a fekete lyuk az azt körülvevő sugárzással. Az ottawai egyetem kutatóinak eredménye szerint a fizikusok sikerrel vették az akadályt, hiszen számítógépes modelljük igazolta Hawking 42 éves elméletét, hogy idővel az információ is ki tud szökni a fekete lyukból. Mint ahogy izraeli kollégáiké, úgy Adami és Bradler eredményei is elbírálás alatt állnak.
A sikerek ellenére Hawking professzor elméletének egyes részletei még mindig megválaszolatlanok. Ezek egyike az információparadoxon. A University of Ottawa kutatóinak kísérlete némileg tisztázza a paradoxont, ám az továbbra sem világos, mi történik az információval, miután átlépi az eseményhorizontot. Stephen Hawking legutóbbi feltételezése szerint az információ a fekete lyuk határán marad, így a kisugárzott részecskék mint egy csomagot fel tudják venni az eseményhorizonton lévő információt és azzal együtt hagyják el a fekete lyukat. Ezen kívül több elmélet is született arra, miként őrzi meg a fekete lyuk a beszívott információt, azonban ezek mindegyike bizonyításra vár. A professzor egy másik, már-már sci-fi filmekbe illő elmélete szerint a fekete lyukak egyirányú átjárók, amelyek egy másik univerzumba vezetnek – és bár Hawking nagy rajongója az űrutazásnak, bevallása szerint ő maga nem próbálna ki efféle ,,űrcsúszdát”.
Stephen Hawking nevét már a bizonyítás előtt is a legnagyobb ma élő tudós szinonimájaként emlegették – ha a két kísérlet átjut a tudományos közösség szűrőjén, olyan fizikusok mellé sorakozhat fel, mint Peter Higgs, akinek elméletét csaknem 50 évbe telt bizonyítani. Sokan már a Nobel-díj következő nyertesét látják a 74 éves professzorban, akinek munkássága a mai napig meghatározó szerepet játszik a modern fizikában.
2016. 05. 06. (XX/18)
