Hawkingin mustien aukkojen arvoitus on ratkaistu

Stephen Hawking havaitsi 1970-luvulla mustissa aukoissa jotain outoa. Joskus niitä on mahdotonta erottaa toisistaan ja niiden alkuperä jää hämäräksi. Nyt on määritetty, mikä tekee mustista aukoista – ja niiden menneisyydestä – erilaisia.

Stephen Hawking havaitsi 1970-luvulla mustissa aukoissa jotain outoa. Joskus niitä on mahdotonta erottaa toisistaan ja niiden alkuperä jää hämäräksi. Nyt on määritetty, mikä tekee mustista aukoista – ja niiden menneisyydestä – erilaisia.

Shutterstock

Stephen Hawkingin 1970-luvulla esittämä mustien aukkojen ongelma on tuottanut päänvaivaa fyysikoille.

Mustasta aukosta ikään kuin pyyhkiytyvät pois kaikki sen alkuperästä kertovat tiedot. Siitä tähdestä, josta musta aukko on syntynyt, ei jää jäljelle vihjettäkään. Asia on ongelmallinen, koska fysiikassa määritetään aiempien tapahtumien eli syiden ja niiden seurausten eli vaikutusten välisiä riippuvuussuhteita.

Fyysikot ovat kuitenkin saaneet selville, että mustan aukon painovoimakenttä riippuu siitä, millaisesta tähdestä se on syntynyt. Näin on mahdollista erottaa muutoin samanlaisia mustia aukkoja toisistaan – tinkimättä Hawkingin tai Einsteinin teorioiden oletuksista.

Musta aukko nollaa taustansa

Stephen Hawkingin niin sanottu informaatioparadoksi asettaa fysiikan kaksi keskeistä teoriaa eli Einsteinin suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan vastakkain.

Paradoksi piilee siinä, että mustilla aukoilla on Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian mukaan vain kolme havaittavaa ominaisuutta: massa, sähkövaraus ja pyörimisliike. Muuta informaatiota arvoituksellisista massakeskittymistä ei ole saatavissa.

Siksi massaltaan, sähkövaraukseltaan ja pyörimisliikkeeltään täysin identtiset mustat aukot ovat samoja, vaikka ne tietenkin ovat erillisiä.

Kvanttimekaniikassa asia kiistetään. Sen mukaan pitää aina olla mahdollista määrittää syy-yhteys eli se, miksi ja miten tapahtumasta on seurannut jotain muuta. Kvanttifyysikoiden on mahdotonta hyväksyä sitä, että tähteä, josta musta aukko on syntynyt, ei voida määrittää. Kaikki alkuperää koskeva tieto on kuitenkin ilmeisesti hävinnyt luhistumisen aikana.

Brittiläis-yhdysvaltalainen tutkijaryhmä on hiljattain todennut, että mustat aukot eivät sittenkään hävitä kaikkea tietoa menneisyydestään.

Koostumukseltaan erilaisten tähtien luhistumista matemaattisesti mallintamalla fyysikot saivat selville, että alkuperä vaikuttaa siihen, millainen mustan aukon painovoimakentästä tulee.

Siten mustassa aukossa säilyy tietoa taustasta – eikä fyysikoiden tarvitse hylätä Einsteinin suhteellisuusteoriaa eikä kvanttimekaniikkaa.