Găurile negre sunt obiecte extrem de misterioase și încă nu știm ce se întâmplă în interiorul acestora. Un paradox, cel al informației, a stârnit multe discuții în lumea științifică: ce se întâmplă cu informația obiectelor care cad în interiorul găurii negre? Se pierde sau nu? În două recente articole a fost propusă o soluție care are de-a face cu câmpul gravitațional: „părul cuantic”.

Găurile negre

În Univers există miliarde de găuri negre: multe se formează în urma morții stelelor cu masa mult mai mare ca cea a Soarelui – acestea lasă în urma lor găuri negre cu masa de la câteva ori la zeci de ori mai mare ca a Soarelui. Există și găuri negre super-masive, cu masa de milioane sau miliarde de ori cea a Soarelui – care încă nu știm cum au luat naștere. Găurile negre nu emit semnale întrucât inclusiv lumina este prizonieră în interiorul acestora datorată gravitației extrem de intense.

Ce teorie pentru găurile negre?

La ora actuală nu avem o teorie care să ne spună ce se petrece în interiorul găurilor negre. Teoria relativității generale a lui Einstein, cea care leagă geometria spațiului și a timpului de materia și energia din Univers, dă un... infinit – o singularitate, așa cum a demonstrat premiul Nobel Roger Penrose. Ecuațiile teoriei relativității generale ajung la un infinit – ceea ce evident înseamnă că teoria nu mai este valabilă. Care ar putea să fie teoria corectă încă nu știm; ar putea să fie o nouă teorie a gravitației cuantice – avem mai multe propuse – dar încă nu avem dovezi asupra validității acestora. Marea problemă este cea a cuantizării gravitației; s-ar putea însă – cum susține Penrose – să fie nevoie să geometrizăm fizică cuantică (deci procedura opusă). (Și) Din acest motiv studiul găurilor negre este extrem de fascinant și important.

Paradoxul informației

Legat de găurile negre una dintre cele mai fascinante probleme este cea numită paradoxul informației. Dacă găurile negre nu emit nimic – nici un semnal – atunci ce se întâmplă cu informația obiectelor care au dat naștere sau au fost înghițite de gaura neagră? Se pierde? În anii ’70 Stephen Hawking era convins că da – informația se pierde. Tot el însă a demonstrat că de fapt găurile negre nu au o viață infinită – există așa-numita radiație a lui Hawking, datorată efectelor cuantice legate de fluctuații ale vidului, care face astfel încât o gaură neagră să se evapore în timpi care depind de masa găurii negre. Găurile negre cu masă mică se evaporă în timpi foarte scurți în timp ce cele cu mase enorme au la dispoziție zeci și chiar sute de miliarde de ani. Paradoxul informației a stârnit mult interes și multe discuții – cum ar putea să se conserve informația? Au fost propuse mai multe soluții – câteva dintre acestea extrem de exotice, necesitând o nouă fizică.

O soluție pentru paradoxul informației: „părul cuantic”

În două noi articole publicate în Phys. Rev. Letters și Phys. Lett. B se propune o soluție a paradoxului care are de-a face cu câmpul gravitațional al găurii negre care ar păstra urme ale informației. Deci nu o teorie nouă ci „vechea” teorie aplicată în mod creativ. Soluția se numește „păr cuantic” întrucât în anii ’70 când se credea că informația dispare se spunea în glumă că găurile negre nu au păr. Uite că se pare că au: un păr cuantic, în care informația este păstrată (în mod asimptotic) în câmpul gravitațional al găurii negre care poartă informații despre interiorul găurii negre. Pentru a demonstra această idee cercetătorii au folosit un formalism matematic bazat pe o geometrie semiclasică. La ora actuală încă nu putem verifica această teorie – observațiile noastre asupra găurilor negre nu sunt destul de rafinate pentru a putea demonstra dacă această teorie este valabilă sau nu. Este însă un pas înainte important întrucât se demonstrează cu un model fizic cum informația poate fi păstrată.

Găurile negre rămân printre cele mai fascinante obiecte din Univers – un mister care așteaptă să fie dezlegat!

Rubrică realizată de Cătălina Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi Luminiţa Costea, profesoară de Fizică la Colegiul Naţional „Mihai Viteazul”, Sfântu Gheorghe