W systemach chaotycznych nawet mały skok może wywołać efekt kaskadowy, który wpływa na wynik końcowy. Jest to podobne do efektu motyla, w którym nawet małe trzepotanie skrzydeł może doprowadzić do huraganu po drugiej stronie świata.
Fizycy teoretyczni Douglas Stanford i Stephen Schenker wykazali, że na poziomie kwantowym czarne dziury wykazują chaotyczne zachowanie podobne do efektu motyla. Dokonywanie zmian w czarnej dziurze - nawet tak małej jak wrzucenie do niej pojedynczej cząstki - może zmienić jej zachowanie.
Kluczem do zrozumienia tego chaosu jest to, że czarne dziury nie są całkowicie czarne. Giganty kosmiczne emitują słabą mgiełkę cząstek - pozostałości par wirtualnych cząstek, które nieustannie pojawiają się w przestrzeni. Kiedy dzieje się to na horyzoncie czarnej dziury, niektóre cząstki mogą uciec, wytwarzając to, co dziś jest znane jako promieniowanie Hawkinga. Badanie go rzuca światło na chaotyczną naturę czarnych dziur. Stanford i Schenker napisali o tym w artykule opublikowanym w Journal of High Energy Physics w 2014 roku.
Wyobraź sobie wrzucenie jednego elektronu do czarnej dziury - niewielka zmiana dla potwornego olbrzyma. Jednak ta mała rzecz zmienia promieniowanie Hawkinga, podobnie jak motyl trzepocze skrzydłami i zmienia kierunek odległej łodzi.
Schematyczny opis promieniowania Hawkinga.
Dodanie cząstki zwiększa masę czarnej dziury i rozszerza jej horyzont zdarzeń - granicę, poza którą nic nie może się wydostać. Promieniowanie Hawkinga, które w przeciwnym razie zostałoby wyemitowane, pozostaje uwięzione wewnątrz rozszerzającej się czarnej dziury. To, co wydawało się drobną zmianą, ma daleko idące konsekwencje - czysty chaos.
Stanford rozwinął ten pomysł. On, Schenker i Juan Maldacena z Institute for Advanced Study opublikowali w 2016 roku artykuł w Journal of High Energy Physics, w którym teoretycznie wykazali, że konsekwencje nawet niewielkiej zmiany w czarnej dziurze narastają tak szybko, jak to fizycznie możliwe. Ten wzrost konsekwencji sprawia, że czarne dziury są najbardziej chaotycznym systemem.
Badając związek między małymi cząstkami a gigantycznymi czarnymi dziurami, naukowcy mają nadzieję rozwikłać zawiły konflikt między najważniejszymi teoriami fizyki. Celem jest sformułowanie teorii grawitacji kwantowej poprzez połączenie mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności. Ich niespójność wskazuje, że u podstaw każdej teorii coś jest nie tak. Nowe pomysły Stanforda na temat czarnych dziur pomogą naukowcom znaleźć rozwiązanie.
Film promocyjny:
„Może być jednym z tych nielicznych ludzi, którzy naprawdę zmieniają kierunek nauki” - mówi Schenker. „Nie mogę się doczekać, aby dowiedzieć się, czy mam rację, czy nie.”
Vladimir Guillen
