În urmă cu aproape o sută de ani, astronomul american Vesto Slipher (Vesto Slipher, 1875-1969) a descoperit că liniile din spectrele de emisie ale majorității galaxiilor sunt deplasate spre roșu. La acea vreme, nu existau teorii cosmologice care să poată explica acest fenomen, la fel cum nu exista o teorie generală a relativității (GR). Slifer și-a interpretat observațiile în termenii efectului Doppler. S-a dovedit că galaxiile se îndepărtează de noi și cu viteze destul de mari.
Mai târziu, Edwin Hubble (1889-1953) a descoperit că, cu cât galaxia este mai departe de noi, cu atât este mai mare deplasarea observată a liniilor spectrale către partea roșie (adică deplasarea spre roșu) și, prin urmare, cu cât zboară mai departe de pe Pământ. Acum au fost obținute date de deplasare spre roșu pentru zeci de mii de galaxii și aproape toate se îndepărtează de noi. Această descoperire a permis oamenilor de știință să vorbească despre expansiunea Universului și non-staționaritatea lumii noastre.
Albert Einstein, în căutarea soluțiilor la faimoasele sale ecuații care descriu coexistența energiei și gravitației (adică a materiei și a curburii spațiu-timpului cu patru dimensiuni), a neglijat faptul expansiunii și a prezentat lumea în primele publicații despre GR. cu un Univers staționar, infinit și neschimbător. Mai mult, când matematicianul și geofizicianul rus A.A. Friedman (1888-1925) a găsit soluții „expandibile” și „pulsante” pentru ecuații, Einstein pentru o lungă perioadă de timp nu a recunoscut un astfel de scenariu pentru dezvoltarea Universului și legitimitatea soluțiilor găsite. Cu toate acestea, studii matematice suplimentare ale ecuațiilor, care sunt numite sistemul de ecuații Hilbert-Einstein și descriu întreaga lume ca un întreg, au arătat că Alexander Fridman are dreptate și că Universul nu trebuie să fie deloc infinit și staționar.
Teoria și experimentul au început să fie de acord între ele și, în același timp, s-a dovedit că galaxiile în retragere nu se mișcă, așa cum ne plimbăm prin cameră sau luna se rotește în jurul Pământului, ci se îndepărtează de noi datorită expansiunii. a spațiului însuși. Acest lucru este de obicei ilustrat cu o foaie sau un balon de cauciuc extensibil. Aici, însă, există și o nuanță care deseori îi încurcă pe mulți. Dacă desenați o galaxie pe un balon și începeți să o umflați, atunci imaginea acesteia va crește și ea. Acest lucru nu se întâmplă atunci când universul se extinde. O galaxie este un sistem legat gravitațional; nu participă la expansiunea cosmologică. Deci, într-o ilustrație cu o minge, este mai bine să nu desenați o galaxie pe ea, ci să lipiți „o” de minge la un moment dat. Dar din moment ce galaxiile nu sunt cu adevărat lipite de nimic și se pot mișca prin spațiu, este și mai bine să ne gândim la ele ca la picături de apă pe suprafața unui balon care se umflă. Picăturile-galaxii în acest caz nu se extind, dar se pot mișca liber de-a lungul ei cu o anumită viteză proprie.
Pentru o reprezentare mai vizuală a procesului de expansiune, este convenabil să introduceți un sistem de referință prin desenarea unei grile de coordonate pe minge. Dacă galaxiile ar fi „lipite” de un astfel de spațiu de minge umflat, atunci coordonatele lor nu s-ar schimba, iar expansiunea s-ar reduce doar la modificarea proprietăților sistemului de coordonate însuși. Cu toate acestea, distanța reală dintre galaxii, măsurată, de exemplu, cu o riglă, lumină sau radar, crește în continuare, deoarece dimensiunea riglei nu se schimbă odată cu expansiunea cosmologică, iar viteza luminii și a undelor radio nu depinde de modul în care mult filmul de bilă-spațială este întins. În acest sens, spațiul nostru nu seamănă deloc cu o peliculă de cauciuc, care se subțiază când este întins și obligă undele elastice să treacă peste el cu viteză crescândă.
Conform relativităţii generale, spaţiul se extinde, naştendu-se, parcă, din nimic, în virtutea legilor cărora le respectă. Este acest proces, ținând cont de proprietățile a tot ceea ce este în spațiu, pe care ecuațiile Hilbert-Einstein îl descriu. Comportamentul luminii, atomilor, moleculelor, solidelor, lichidelor și gazelor depinde slab de curbura locală a spațiu-timpului și se modifică semnificativ numai în câmpuri gravitaționale deosebit de puternice, cum ar fi cele găsite în apropierea găurilor negre. În cea mai mare parte a Universului, după cum cred oamenii de știință, principalele procese au loc aproape la fel ca pe Pământ și se dovedește că galaxiile se îndepărtează destul de realist unele de altele datorită expansiunii spațiului în care se află. Navele spațiale se mișcă, iar lumina se răspândește prin spațiul care este, iar dacă este mai multă, va fi vizibilă, cel puțin în timpul pe care trebuie să-l petreacă călătorind dintr-o galaxie în alta.
Transformări de fotoni
Lumina este întotdeauna emisă cu o anumită lungime de undă și energie cuantică. Dar, propagăndu-se în Universul în expansiune, pare a fi întins, „se înroșește”. În cazul compresiei Universului, s-ar observa efectul opus - albastru. Dacă în urmă cu ceva timp o galaxie a emis un foton cu o anumită lungime de undă, iar acum îl vedem ca un foton cu o lungime de undă diferită, atunci, pe baza deplasării către roșu egală cu diferența dintre aceste lungimi împărțită la lungimea de undă inițială a fotonului, vom poate spune de câte ori în acest timp universul s-a întins. Pentru a face acest lucru, trebuie să adăugați unul la deplasarea către roșu: dacă este egal cu 2, atunci înseamnă că Universul s-a întins de trei ori de când a fost emis fotonul.
Este important de menționat că aceasta compară dimensiunile (cosmologii vorbesc despre factorul de scară) în momentul emisiei și în momentul recepției fotonului. Dar ceea ce s-a întâmplat între aceste momente nu este atât de semnificativ: Universul ar putea fi distribuit cu o viteză constantă, s-ar putea extinde fie mai repede, fie mai lent, sau chiar s-ar putea contracta la un moment dat. Singurul lucru important este că în acest timp toate distanțele cosmologice s-au triplat. Acesta este exact ceea ce spune deplasarea spre roșu a lui 2.
„Întinderea” unui foton pe drumul de la sursă la observator este fundamental diferită de efectul Doppler obișnuit. Luați în considerare o navă spațială care se mișcă cu o anumită viteză și emite unde luminoase în toate direcțiile. În acest caz, observatorii din fața navei vor vedea fotoni albaștri, adică fotoni cu energie mai mare, iar observatorii din spate vor vedea fotoni înroșiți cu energie mai mică. În concluzie, energia tuturor fotonilor va rămâne neschimbată - câți jouli a emis nava, aceeași cantitate a fost capturată de toți observatorii. În cosmologie, lucrurile stau altfel. O galaxie care radiază în toate direcțiile pentru observatorii aflați pe părți opuse (dar la o distanță egală) va părea la fel de înroșită. Deși din punctul de vedere al logicii obișnuite, un astfel de raționament pare ciudat. Și în acest sens, deplasarea cosmologică spre roșu este similară cu cea gravitațională, în care fotonii se înroșesc, depășind câmpul de atracție al stelei care i-a emis.
Aceasta este proprietatea Universului: energia cinetică a tuturor particulelor și undelor - galaxii, particule de praf, protoni, electroni, neutrini, fotoni și chiar unde gravitaționale scade din cauza expansiunii spațiului. Acest fenomen amintește de unele dintre efectele observate în sistemele nestaționare și neînchise. Se știe că dacă constantele fundamentale din sistem depind de timp, atunci energia nu este conservată. De exemplu, într-o lume cu o constantă gravitațională care se schimbă periodic, ar fi posibil să se ridice o sarcină atunci când constanta este mică și să o scadă atunci când este mare. Rezultatul ar fi un câștig în muncă, adică s-ar putea extrage energie datorită variabilității constantei gravitaționale.
În lumea noastră, însăși metrica spațiului depinde de timp, pe măsură ce Universul se extinde. Fiind într-o lume non-staționară, se poate afirma că energia unui foton din Universul în expansiune scade. Din fericire, toate schimbările fizice globale din țara noastră sunt extrem de lente și nu afectează în niciun fel viața obișnuită.
Conducător pentru univers: Trebuie remarcat faptul că orice obiect asociat nu participă la expansiunea cosmologică. Lungimea contorului standard situat în Camera de Greutăți și Măsuri (și omologul său laser modern) nu se modifică în timp. De aceea se poate vorbi despre o creștere a distanței fizice dintre galaxii, care poate fi măsurată cu acest metru (constant!). Cea mai apropiată de înțelegerea general acceptată este așa-numita distanță proprie. Pentru a o determina, este necesar ca mulți observatori aflați pe linia care leagă două galaxii să măsoare simultan distanțele care le separă una de cealaltă folosind rigle obișnuite. Apoi toate aceste date trebuie transferate într-un singur centru, unde, prin însumarea tuturor rezultatelor, se va putea determina care a fost distanța în timpul măsurării. Din păcate, până la obținerea rezultatului, acesta se va schimba deja din cauza expansiunii. Din fericire, astronomii au învățat să-și calculeze propria distanță față de luminozitatea aparentă a surselor de luminozitate cunoscută. Foarte des, se vorbește despre distanță în termeni de redshift. Cu cât deplasarea către roșu este mai mare, cu atât distanța este mai mare și pentru fiecare model cosmologic se derivă propriile formule care leagă aceste două mărimi. De exemplu, quasarul GB1508+5714 cu o deplasare spre roșu de 4,3 în modelul universal acceptat al universului este situat la o distanță de 23 de miliarde de ani lumină de galaxia noastră. Lumina care vine astăzi de la el a fost emisă la doar un miliard de ani după Big Bang și a fost în tranzit de aproximativ 13 miliarde de ani. Vârsta universului în acest model este de 14 miliarde de ani.
Viteza de îndepărtare a galaxiilor din cauza expansiunii cosmologice poate fi oricare, inclusiv mai mult decât viteza luminii. Cert este că nu se mișcă nicăieri în spațiu (coordonatele sale pe bila care se umflă nu se schimbă). Energia cinetică nu este asociată cu această viteză, așa că atunci când expansiunea Universului încetinește, nu se eliberează energie. O galaxie, desigur, poate avea și o viteză „normală”, de exemplu, datorită interacțiunii gravitaționale cu alte galaxii. În cosmologie, această viteză este numită particulară. Desigur, în viața reală, astronomii observă un efect cumulativ: galaxia are o deplasare către roșu asociată cu procesele cosmologice și, în plus, fotonii experimentează o schimbare în roșu (sau albastru) din cauza efectului Doppler asociat cu o viteză particulară. Uneori se adaugă și o deplasare gravitațională spre roșu, cauzată de câmpul gravitațional propriu al obiectului luminos. Separarea acestor trei efecte pentru o sursă individuală nu este ușoară. Rețineți că, pentru distanțe mici pe o scară universală, formula care raportează deplasarea spre roșu și viteza de recesiune coincide cu formula efectului Doppler obișnuit. Uneori, acest lucru duce chiar la confuzie, deoarece fizica efectelor este diferită, iar pentru distanțe mari formulele sunt foarte diferite. Redshift este o valoare foarte convenabilă și general acceptată pentru a indica cât de departe în spațiu și cu cât timp în urmă a avut loc un eveniment observat de astronomii pământeni astăzi.
Cum este posibil acest lucru?
Adesea, chiar și profesioniștii (fizicieni, astronomi) răspund la întrebarea: „Este posibil să observăm o galaxie care, atât în momentul în care emite lumină, cât și în momentul în care își primește semnalul pe Pământ, se îndepărtează de noi mai repede decât lumina?” - raspunde: "Desigur ca nu!" Intră în joc o intuiție bazată pe relativitatea specială (SRT), pe care un cosmolog a numit-o pe bună dreptate „umbrele SRT”. Cu toate acestea, acest răspuns este greșit. Se dovedește că încă este posibil. În orice model cosmologic, viteza de evacuare crește liniar cu distanța. Acest lucru se datorează unuia dintre cele mai importante principii - omogenitatea Universului. Prin urmare, există o distanță la care viteza de evacuare atinge viteza luminii, iar la distanțe mari devine superluminală. Acea sferă imaginară pe care viteza de evacuare este egală cu viteza luminii se numește sfera Hubble.
"Cum este posibil! va exclama cititorul. „Este greșită teoria specială a relativității?” Adevărat, dar nu există nicio contradicție aici. Vitezele superluminale sunt destul de reale atunci când nu este vorba despre transferul de energie sau de informații dintr-un punct în spațiu în altul. De exemplu, o rază de soare se poate mișca cu orice viteză, trebuie doar să setați ecranul pe care fuge. SRT „interzice” doar transmiterea de informații și energie la viteză superluminală. Și pentru a transfera informații, aveți nevoie de un semnal care se propagă prin spațiu - expansiunea spațiului în sine nu are nimic de-a face cu aceasta. Deci, în exemplul nostru despre retragerea galaxiilor cu teoria relativității, totul este în ordine perfectă: cu viteza superluminală se îndepărtează doar de observatorul pământesc, iar în raport cu spațiul înconjurător, viteza lor poate fi chiar zero.
Lucrul uimitor este că putem vedea galaxiile zburând departe de noi mai repede decât lumina. Acest lucru este posibil deoarece rata de expansiune a universului nu a fost constantă. Dacă la o anumită perioadă scade și lumina poate „fuge” către Galaxia noastră, atunci vom vedea o sursă superluminală. Acest exemplu ilustrează perfect că soarta unui foton depinde de modul în care se comportă Universul în timpul mișcării sale prin el. Să presupunem că în momentul emiterii unui foton, galaxia sursă se îndepărta de noi mai repede decât lumina. Apoi, deși fotonul a fost emis în direcția noastră, deplasându-se de-a lungul rețelei de coordonate de întindere, se va îndepărta de noi din cauza inflației Universului. Dacă viteza de expansiune scade, atunci este foarte posibil ca la un moment dat viteza de evacuare (în locul în care se află fotonul în acel moment) să devină mai mică decât viteza luminii. Atunci lumina va începe să se apropie de noi și în cele din urmă poate ajunge la noi. Galaxia sursă în sine în momentul „inversării” luminii se îndepărtează de noi încă mai repede decât lumina (pentru că este mult mai departe decât un foton, iar viteza crește odată cu distanța). În momentul primirii unui foton, viteza acestuia poate fi, de asemenea, mai mare decât viteza luminii (adică va fi în spatele sferei Hubble), dar acest lucru nu va interfera cu observarea acestuia.
Mari largi:
Într-un Univers plin de materie (un astfel de Univers se extinde întotdeauna cu decelerare), toți acești parametri critici pot fi calculați în detaliu. Dacă lumea noastră ar fi așa, atunci galaxiile, pentru care deplasarea spre roșu este mai mare de 1,25, au emis lumina pe care o primim acum în momentul în care viteza lor era mai mare decât viteza luminii. Sfera modernă Hubble pentru cel mai simplu model al Universului plin cu materie (adică fără aportul de energie întunecată) are o rază corespunzătoare unei deplasări spre roșu de 3. Și toate galaxiile cu o deplasare mare din momentul radiației până în timpul nostru se îndepărtează de noi mai repede decât lumina.
limita de observare
Există trei suprafețe importante în cosmologie: orizontul evenimentelor, orizontul particulelor și sfera Hubble. Ultimele două sunt suprafețe în spațiu, iar prima este în spațiu-timp. Ne-am întâlnit deja cu sfera Hubble, acum să vorbim despre orizonturi. Orizontul de particule separă obiectele observabile curent de cele neobservabile. Deoarece Universul are o vârstă finită, lumina de la obiecte îndepărtate pur și simplu nu a avut încă timp să ajungă la noi. Acest orizont se extinde tot timpul: timpul trece, iar noi „așteptăm” semnale din galaxii din ce în ce mai îndepărtate. Orizontul particulelor se îndepărtează, pare să fugă de noi cu o viteză care poate fi mai mare decât viteza luminii. Din această cauză, vedem din ce în ce mai multe galaxii.
Rețineți că distanța actuală până la „galaxiile de la marginea universului observabil” nu poate fi definită ca produsul dintre viteza luminii și vârsta universului. În orice model al unui univers în expansiune, această distanță va fi mai mare decât un astfel de produs. Și acest lucru este destul de de înțeles. Lumina în sine a parcurs o astfel de distanță, dar Universul a reușit să se extindă în acest timp, astfel încât distanța actuală până la galaxie este mai mare decât calea parcursă de lumină, iar în momentul emisiei această distanță ar putea fi semnificativ mai mică decât această cale. .
Sursele de la orizontul particulelor au deplasare infinită spre roșu. Aceștia sunt cei mai vechi fotoni care, cel puțin teoretic, pot fi acum „văzuți”. Au fost emise aproape în momentul Big Bang-ului. Atunci dimensiunea părții din Univers vizibilă astăzi a fost extrem de mică, ceea ce înseamnă că de atunci toate distanțele au crescut foarte mult. De aici vine deplasarea roșie infinită.
Desigur, nu putem vedea fotonii din orizontul particulelor în sine. Universul în tinerețe era opac la radiații. Prin urmare, fotonii cu o deplasare spre roșu mai mare de 1.000 nu sunt observați. Dacă în viitor astronomii învață să înregistreze neutrini relicve, atunci acest lucru ne va permite să privim primele minute ale vieții Universului, corespunzătoare unei deplasări spre roșu de 3x107. Se pot realiza și mai multe progrese în detectarea undelor gravitaționale relicve, atingând „timpii Planck” ($10^(-43)$ secunde de la începutul exploziei). Cu ajutorul lor, va fi posibil să privim în trecut, pe cât de mult este posibil în principiu, cu ajutorul legilor naturii cunoscute astăzi. Aproape de momentul inițial al Big Bang-ului, teoria generală a relativității nu mai este aplicabilă.
Orizontul evenimentelor este o suprafață în spațiu-timp. Un astfel de orizont nu apare în niciun model cosmologic. De exemplu, în Universul în decelerare descris mai sus, nu există un orizont de evenimente - orice eveniment din viața galaxiilor îndepărtate poate fi văzut dacă așteptați suficient. Scopul introducerii acestui orizont este că separă evenimentele care ne pot afecta cel puțin în viitor de cele care nu ne pot afecta în niciun fel. Chiar dacă semnalul luminos despre un eveniment nu ajunge la noi, atunci evenimentul în sine nu ne poate influența. Vă puteți gândi la ea ca la o transmisie intergalactică a unui meci de fotbal care are loc într-o galaxie îndepărtată, al cărui semnal nu îl vom primi niciodată. De ce este posibil acest lucru? Pot exista mai multe motive. Cel mai simplu este modelul „sfârșitul lumii”. Dacă viitorul este limitat în timp, atunci este clar că lumina unor galaxii îndepărtate pur și simplu nu va putea ajunge la noi. Majoritatea modelelor moderne nu oferă o astfel de oportunitate. Există, totuși, o versiune a viitorului Big Rip, dar nu este foarte populară în cercurile științifice. Dar există o altă opțiune - extinderea cu accelerare. În acest caz, unii fani non-fotbal pur și simplu vor „fuge de lumină”: pentru ei, rata de expansiune va fi superluminală.
Capriciile reginei negre
Se dovedește că Universul în expansiune seamănă oarecum cu țara Reginei Negre, în care Alice a intrat în basmul lui Lewis Carroll „Through the Looking-Glass”. Acolo, ca să stai pe loc, trebuia să alergi foarte repede.
Să presupunem că există o galaxie cu o viteză proprie mare îndreptată către noi. În acest caz, două efecte vor contribui la deplasarea sa spectrală totală: expansiunea roșie cosmologică și deplasarea în albastru datorată efectului Doppler datorită propriei viteze.
Prima întrebare este: cum se va schimba distanța până la o galaxie cu schimbarea spectrală zero? Răspuns: galaxia se va îndepărta de noi. A doua întrebare: imaginează-ți o galaxie, a cărei distanță nu se schimbă datorită faptului că propria viteză a compensat complet efectul de expansiune (aceasta este la fel ca Alice care rulează prin țara Reginei Negre). Galaxia se deplasează de-a lungul rețelei noastre de coordonate desenate cu aceeași viteză cu care grila este umflată. Care va fi schimbarea spectrului unei astfel de galaxii? Răspuns: offset-ul va fi albastru. Adică, liniile din spectrul unei astfel de galaxii vor fi deplasate către lungimi de undă mai scurte.
Cucerirea gravitației: Vorbind despre „universul mare”, se presupune adesea că materia este distribuită uniform în spațiu. La o primă aproximare, acest lucru este adevărat. Cu toate acestea, nu ar trebui să uităm de astfel de „tulburări” precum galaxiile și clusterele lor. Ele sunt formate din fluctuațiile primare de densitate. Dacă într-o substanță distribuită uniform apare o minge cu o densitate puțin mai mare, atunci, fără a ține cont de efectele asociate temperaturii, putem spune că bila va începe să se micșoreze, iar densitatea substanței va crește. În cel mai simplu model al Universului în expansiune, în care contribuția energiei întunecate este zero, nimic nu se schimbă fundamental. Orice perturbare a densității într-un astfel de Univers prăfuit (pentru gaz real, nu praf, este necesar ca masa perturbației să depășească o anumită valoare critică - așa-numita masă Jeans) va duce la faptul că substanța va „cădea”. „din expansiunea Universului și formează un obiect legat. Dacă contribuția energiei întunecate nu este zero, atunci fluctuațiile densității de la început trebuie să aibă o valoare mai mare decât o anumită valoare critică, altfel contrastul densității nu va avea timp să crească la valoarea dorită, iar substanța nu va „cădea”. afară” din fluxul Hubble. Așa cum energia unui foton scade din cauza expansiunii, și energia cinetică a particulelor de praf va scădea în timp pe măsură ce universul se extinde. Din această cauză, până când fluctuația nu se va despărți complet de expansiunea generală a Universului, procesul de „colaps” al perturbației va fi mai lent decât fără a lua în considerare expansiunea. În loc de o creștere exponențială a densității, se va observa o creștere a legii puterii. De îndată ce contrastul de densitate atinge o anumită valoare critică, fluctuația, parcă, „uită” de expansiunea Universului.
Un astfel de comportament neașteptat al spectrului de emisie se datorează faptului că aici au loc două efecte fizice, care sunt descrise prin formule diferite. Pentru o sursă situată pe sfera Hubble, în momentul emisiei în cel mai simplu model al unui Univers în decelerare, deplasarea spre roșu este de 1,25, iar viteza de evacuare este egală cu viteza luminii. Aceasta înseamnă că pentru a rămâne la o distanță constantă de noi, sursa trebuie să aibă propria viteză egală cu viteza luminii. Iar pentru a deține viteze (peculiare) este necesar să se aplice formula efectului Doppler relativist, care pentru o viteză a sursei egală cu viteza luminii și îndreptată către noi, dă o deplasare spre blue infinit infinit. Deplasarea liniilor spectrale din cauza efectului Doppler se dovedește a fi mai semnificativă decât cea cosmologică și pentru galaxiile aflate la distanțe mai mici. Astfel, o sursă de odihnă va avea o deplasare în albastru, iar o stea cu deplasare zero se va îndepărta de noi.
Desigur, galaxiile nu pot avea viteze adecvate aproape de lumină. Pe de altă parte, unii quasari și galaxii cu nuclei activi dau naștere la jeturi - jeturi de materie care lovesc la distanțe de milioane de ani lumină. Viteza materiei într-un astfel de jet poate fi apropiată de viteza luminii. Dacă jetul este îndreptat către noi, atunci datorită efectului Doppler, putem vedea deplasarea spre albastru. În plus, substanța trebuie să pară că se apropie de noi. Cu toate acestea, în lumina celor scrise mai sus, a doua concluzie nu este atât de evidentă. Dacă sursa este suficient de departe, atunci expansiunea cosmologică va „dui” în continuare materia de la noi, chiar dacă viteza sa este foarte apropiată de viteza luminii și jetul ne este vizibil ca „albastru”. Numai în cosmologie apare o astfel de situație absurdă la prima vedere când un obiect care se îndepărtează de noi are o schimbare în albastru. De exemplu, quasarul GB1508+5714, care are o deplasare spre roșu de 4,3, se îndepărtează de noi de 1,13 ori mai repede decât lumina. Aceasta înseamnă că substanța jetului său, care se deplasează spre noi cu o viteză proprie mare, se îndepărtează de noi, deoarece viteza particulelor nu poate depăși viteza luminii.
Viitorul necunoscut
Descoperirea recentă că universul se extinde acum într-un ritm accelerat i-a entuziasmat pe cosmologi. Pot exista două motive pentru un comportament atât de neobișnuit al lumii noastre: fie principalul „umplut” al Universului nostru nu este materia obișnuită, ci materie necunoscută cu proprietăți neobișnuite (așa-numita energie întunecată), fie (chiar mai înfricoșător de gândit! ) Trebuie să schimbăm ecuațiile teoriei generale a relativității. Mai mult, din anumite motive, omenirea s-a întâmplat să trăiască în acea perioadă scurtă din punct de vedere al scări cosmologice, când expansiunea lentă a fost doar înlocuită cu una accelerată. Toate aceste întrebări sunt încă foarte departe de a fi rezolvate, dar astăzi putem discuta despre modul în care expansiunea accelerată (dacă va continua pentru totdeauna) ne va schimba Universul și va crea un orizont de evenimente. Se pare că viața galaxiilor îndepărtate, începând din momentul în care obțin o viteză de evacuare suficient de mare, se va opri pentru noi și viitorul lor ne va deveni necunoscut - lumina dintr-o serie de evenimente pur și simplu nu va ajunge niciodată la noi. De-a lungul timpului, într-un viitor destul de îndepărtat, toate galaxiile care nu sunt incluse în superclusterul nostru local de 100 de megaparsecs vor dispărea dincolo de orizontul evenimentului: toată expansiunea accelerată va „trage” punctele corespunzătoare de pe grila de coordonate acolo.
Aici, apropo, diferența dintre orizontul particulelor și orizontul evenimentelor este clar vizibilă. Acele galaxii care se aflau sub orizontul particulelor vor rămâne sub acesta, lumina din ele va continua să ajungă. Dar cu cât viteza unei galaxii se apropie mai mult de viteza luminii, cu atât este nevoie de mai mult timp pentru ca lumina să ajungă la noi și toate evenimentele dintr-o astfel de galaxie ni se vor părea întinse în timp. Relativ vorbind, dacă într-o astfel de galaxie este plasat un ceas, care, în momentul în care părăsește orizontul evenimentelor, ar trebui să arate ora 12, atunci observatorii pământeni vor vedea cursul încetinit infinit al acestor ceasuri. Indiferent cât de mult ne uităm (teoretic, o astfel de galaxie „cu un ceas” nu va dispărea niciodată de pe cerul nostru), nu vom vedea niciodată acționarele ceasului exact la „douăsprezece” - va face ultima revoluție la nesfârșit, conform noastre. propriul ceas. După ce am așteptat mult, vom vedea ce s-a întâmplat în galaxie (după ceasul ei) la 11:59, la 11:59:59 și așa mai departe. Dar ceea ce s-a întâmplat pe ea după-amiaza va rămâne ascuns de noi pentru totdeauna. Este foarte asemănător cu a privi un ceas căzând într-o gaură neagră.
În mod similar, poate, argumentează și observatorul din această galaxie îndepărtată. El vede acum galaxia noastră în trecutul său, dar la un moment dat istoria noastră va deveni inaccesibilă pentru el, deoarece semnalele noastre nu vor mai ajunge în această galaxie. Este amuzant că, pentru setul general acceptat de parametri cosmologici, astfel de galaxii sunt, în general, nu departe. Deplasarea lor spre roșu trebuie să fie mai mare de 1,8. Adică pot fi chiar în interiorul sferei Hubble, dar omenirea este deja prea târziu pentru a le trimite un mesaj.
Acestea sunt paradoxale din punctul de vedere al fenomenelor de bun simț care se produc în Universul nostru. Neobișnuința lor se datorează faptului că conceptele obișnuite de viteză, distanță și timp în cosmologie capătă un sens ușor diferit. Din păcate, oamenii de știință nu au ajuns încă la un fel de opinie comună despre ce fel de viață trăiește Universul nostru și ce i se poate întâmpla în principiu. La urma urmei, chiar și pentru specialiști, extinderea limitelor bunului simț este foarte dificilă.
Serghei Popov, candidat la științe fizice și matematice
Alexey Toporensky, candidat la științe fizice și matematice
Fizicienii au început să studieze serios găurile negre nu cu mult timp în urmă - deși conceptul însuși al existenței lor a apărut cu un secol înainte de ultimul. Dar ideea prezenței unor astfel de obiecte undeva în spațiu părea atât de fantastică și de nedemonstrabilă, încât practic nu a fost luată în considerare în serios. În noul număr al rubricii „Doar despre complex” – o poveste despre istoria descoperirii „stelelor înghețate” și despre ceea ce se întâmplă cu spațiul și timpul la granițele unei găuri negre.
Istorie lungă de neîncredere
În 1783, un preot din satul englez Thornhill, John Mitchell, și-a prezentat articolul la Philosophical Transactions al Societății Regale din Londra. În ea, el a scris că o stea destul de masivă și compactă ar avea un câmp gravitațional atât de puternic încât lumina nu ar putea ajunge departe de el - ar fi retrasă din cauza atracției gravitaționale. Mitchell credea că ar putea exista o mulțime de astfel de obiecte în spațiu, dar este imposibil să le vezi - deoarece lumina lor este absorbită de ele. Cu toate acestea, teoretic, atracția lor gravitațională poate fi detectată. Articolul nu a făcut furori în comunitatea științifică și a trecut aproape neobservat.
Câțiva ani mai târziu, omul de știință francez Pierre-Simon Laplace, care nu cunoștea lucrările lui Mitchell, a prezentat o ipoteză similară. A publicat-o în lucrarea sa „The System of the World”, dar după cea de-a doua ediție, teoria a dispărut din carte – se pare că Laplace a decis că nu merită să vorbim despre o idee atât de stupidă.
Stelele mici fac pitici albe, obiecte cu o densitate de sute de tone pe centimetru cub. Destul de mulți dintre ei au fost descoperiți în spațiu, iar Soarele nostru se va alătura în cele din urmă rândurilor lor.
Dar în secolul al XIX-lea, oamenii de știință nu au mai putut veni cu ideea de stele invizibile. Ideea este că credința newtoniană că lumina este alcătuită din particule a demodat. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că conceptul că lumina este un val descrie mai bine fenomenele din lumea înconjurătoare. Nu se știa nimic despre modul în care gravitația acționează asupra valurilor, prin urmare, raționamentul despre obiectele cerești care își „aspiră” propria lumină a trebuit să fie uitat.
Au fost amintiți din nou abia în secolul al XX-lea. În 1916, aproape imediat după publicarea teoriei generale a relativității a lui Einstein, Karl Schwarzschild a descris „steaua înghețată”, așa cum erau numite atunci astfel de obiecte, fără a lua în considerare procesul originii sale, iar în 1939 acest element lipsă a fost adăugat teoriei. de Robert Oppenheimer și Hartland Snyder. Și abia în 1969, fizicianul american John Wheeler a inventat termenul „gaura neagră” (Wheeler a fost în general un romantic, iar al doilea termen pe care l-a inventat, „găură de vierme”, este și mai iubit de scriitorii de science fiction).
Viața de apoi a unei stele
Ciclul de viață al unei stele este oarecum similar cu cel uman - se naște și moare. În primul rând, un nor imens de gaz (în mare parte hidrogen) în spațiu începe să se micșoreze sub influența propriei gravitații, moleculele sale se ciocnesc din ce în ce mai mult între ele, iar viteza lor crește. Gazul este încălzit și, la o anumită temperatură, are loc o reacție de fuziune termonucleară, în urma căreia se formează heliu. În timpul reacției, căldura este eliberată și este emisă lumină. Așa se naște o stea. Căldura creează o presiune suplimentară care echilibrează atracția gravitațională, iar steaua încetează să se mai micșoreze - într-o stare stabilă, poate exista mai mult de un milion de ani. Dar, mai devreme sau mai târziu, rezerva de hidrogen reactiv a stelei se epuizează și începe să se răcească și să se micșoreze.
Aici se termină comparația cu viața umană, deoarece soarta ulterioară a luminii depinde de masa lui. Stelele mici fac pitici albe, obiecte cu o densitate de sute de tone pe centimetru cub. Destul de mulți dintre ei au fost descoperiți în spațiu, iar Soarele nostru se va alătura în cele din urmă rândurilor lor. Stelele mai mari se formează în stele neutronice. Dimensiunea lor este mult mai mică decât cea a piticelor albe, dar densitatea este de sute de milioane de tone pe centimetru cub.
Și, în sfârșit, dacă masa stelei este suficient de mare, atunci steaua neutronică rezultată sub influența gravitației este comprimată din ce în ce mai mult până devine o gaură neagră.
Nu Este Ieşire
Una dintre cele mai importante realizări ale lui Einstein a fost descoperirea naturii gravitației. Omul de știință a arătat că, de fapt, este o curbură a spațiului. Sub influența unor obiecte masive, „se lasă”, ca o țesătură elastică întinsă, pe care este plasat un obiect greu. Continuând această comparație, putem spune că Soarele poate fi reprezentat la fel ca o minge grea, iar Pământul, fiind o minge mult mai mică, nu este atras de acesta, ci doar se rotește în pâlnia rezultată (cu singura diferență). fiind că o minge adevărată ar aluneca în jos în timp).
În gaura neagră în sine, curbura spațiului-timp devine infinită - această stare a fizicii se numește singularitate și nu există nici spațiu, nici timp în ea în înțelegerea noastră.
Vă puteți imagina, de asemenea, nașterea unei găuri negre - o minge pe o țesătură elastică întinsă devine mai mică și mai densă, iar țesătura se lasă din ce în ce mai mult sub greutatea sa, până când în cele din urmă devine atât de mică încât pur și simplu se închide peste ea și dispare din vedere . Ceva de genul acesta se întâmplă în realitate: spațiul-timp din jurul stelei se prăbușește și dispare din Univers, lăsând în el doar o regiune puternic curbată de spațiu-timp. În gaura neagră în sine, curbura spațiului-timp devine infinită - această stare a fizicii se numește singularitate și nu există nici spațiu, nici timp în ea în înțelegerea noastră.
Datorită curburii continue, razele de lumină care vin de la stea își schimbă traiectoriile. Dacă ne imaginăm aceste raze ca niște conuri, al căror vârf se află la stea, iar „talpa” este un cerc de lumină divergentă, atunci putem spune că în procesul de colaps, aceste conuri se înclină treptat din ce în ce mai mult spre interior, spre Steaua. Pentru un observator care se uită la acest proces, strălucirea va părea să devină din ce în ce mai slabă și mai roșie (acest lucru deoarece lumina roșie are cea mai lungă lungime de undă). În cele din urmă, curbura (adică câmpul gravitațional) va deveni atât de puternică încât nici o rază de lumină nu va putea ieși. Conform teoriei relativității, nimic nu poate călători mai repede decât lumina, ceea ce înseamnă că de acum înainte nimic nu mai poate ieși din acest câmp gravitațional. Această regiune a spațiului din care nu există nicio ieșire se numește gaură neagră. Granița sa este determinată de traiectoria acelor raze de lumină care au pierdut primele ocazia de a ieși afară. Se numește orizont de evenimente al unei găuri negre - la fel cum privind pe o fereastră nu putem vedea ce se află dincolo de orizont, la fel un observator condiționat nu poate înțelege ce se întâmplă în interiorul granițelor unei stele moarte invizibile.
De fapt, nu este așa
Convingerea că nimic nu poate scăpa de o gaură neagră a fost de neclintit până în anii 1970. Și în 1974, Stephen Hawking a sugerat că găurile negre, ca rezultat al proceselor cuantice, mai emit o varietate de particule elementare, în principal fotoni. În anii 2010, diferite grupuri de oameni de știință din laborator i-au confirmat presupunerea. În același timp, astfel de radiații nu au fost încă descoperite în natură, precum și găurile negre în sine - Premiul Nobel pentru descoperirea lor încă așteaptă norocosul său.
MOSCOVA, 27 mai - RIA Novosti. Cosmologii germani și italieni spun că au găsit o modalitate de a studia ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre și de a înțelege cum funcționează structura sa internă, potrivit unui articol publicat în revista Physical Review Letters.
Găurile negre, rezultate din prăbușirea gravitațională a stelelor masive, au o gravitație atât de puternică încât nu poate fi depășită fără a depăși viteza luminii. Niciun obiect sau radiație nu poate scăpa de la limita impactului găurii negre, așa-numitul orizont al evenimentelor.
Ceea ce se întâmplă dincolo de „orizontul evenimentelor” rămâne un mister și un subiect de controversă în rândul fizicienilor. Majoritatea oamenilor de știință cred că, în principiu, nu putem privi în interiorul unei găuri negre și studiem structura acesteia, deoarece acest lucru va duce la consecințe extrem de neplăcute - în acest caz, nu vom putea „împaca” teoria relativității a lui Einstein cu mecanica cuantică. Și mai controversat este modul în care arată și se schimbă orizontul evenimentului. Oamenii de știință numesc numărul de apariții posibile „entropie”, iar variantele individuale ale aspectului său - microstări și se discută dacă pot fi calculate.
Lorenzo Sindoni de la Institutul pentru Fizică Gravitațională din Mühlenberg (Germania) și colegii săi din Italia spun că încă putem calcula microstările care apar în apropierea orizontului de evenimente al unei găuri negre folosind două teorii neortodoxe care descriu comportamentul materiei la nivel cuantic. - teoria grupurilor de câmp (GFT) și gravitația cuantică în buclă (LQG). Ambele teorii ridică o mulțime de întrebări în rândul fizicienilor, în special în rândul celor care sunt susținători ai teoriei corzilor și a speculațiilor asociate cu aceasta.
Aceste teorii, spun oamenii de știință, i-au ajutat să calculeze modul în care se comportă o gaură neagră în termeni de termodinamică și să obțină aceleași formule care au fost derivate de Stephen Hawking cu zeci de ani în urmă când descriau modul în care entropia generată de o gaură neagră se raportează la suprafața evenimentului său. orizont.
Materia din interiorul unei găuri negre, potrivit autorilor articolului, se va comporta ca un fluid cuantic special, al cărui comportament poate fi calculat prin cunoașterea proprietăților uneia dintre particulele cuantice din care este compusă. Natura similară a unei găuri negre și relația dintre aria orizontului său de evenimente și entropie, potrivit lui Sindoni, este un argument serios în favoarea așa-numitelor teorii „holografice” ale structurii lor, care spun că găurile negre și, eventual, Universul, nu sunt obiecte tridimensionale, ci bidimensionale.
Patru „zone” condiționate în spațiul din jurul găurii negre: verde - sigur, în orbite circulare galbene încep să se distorsioneze, în portocaliu începe căderea în gaura neagră și nu există nicio scăpare din roșu
Prima poză: gaura este încă departe
A doua imagine: la orizontul evenimentelor
A treia imagine: dincolo de orizont
A patra poză: acesta este sfârșitul
Un studiu spectaculos de fizică a găurii negre a fost realizat de Andrew Hamilton și Gavin Polhemus. Ei nu au desenat doar un model tridimensional imaginar al evenimentelor care au loc chiar la marginea unei găuri negre și dincolo, în adâncurile acesteia, ci au creat imagini reale ale unui model relativist al acestui proces. Deci, ce este la orizont?
Dar mai întâi, merită să reamintim că, în cazul unei găuri negre, vorbim despre orizontul evenimentelor. Pentru a spune simplu, aceasta este o graniță imaginară, până la care putem încă să vedem evenimente și cel puțin teoretic să le influențăm, dar după care materia începe să cadă într-o gaură neagră - și după o traversare pe care nimic, chiar și lumina, nu o mai poate. întoarcere.
O gaură neagră este caracterizată de doar trei parametri - masă, sarcină și spin. Sunt considerate poate cele mai „simple” obiecte, mult mai simple decât stelele sau planetele. Acesta este ceea ce a făcut posibilă crearea unor imagini impresionante: pentru alte corpuri, calcule similare sunt imposibile. Și apoi - în lucrare, oamenii de știință au folosit cea mai simplă formă a unei găuri negre care nu are nici sarcină, nici spin. Geometria spațiului înconjurător este determinată de un singur lucru: masa găurii negre sferice.
În acest spațiu pot fi distinse patru zone (uitați-vă la ilustrația din stânga). Primul este încă destul de sigur, în care orbitele circulare ale altor corpuri nu sunt perturbate și pot rămâne acolo atât timp cât doresc. Dar să presupunem că mergem mai departe. Vom cădea în a doua zonă, orbitele circulare sunt instabile aici, iar apoi în a treia, unde atracția găurii negre începe deja să sugă totul în sine. Pentru a rămâne în această zonă, va trebui să mențineți motoarele navei în funcțiune tot timpul. În caz contrar, o zonă roșie ne așteaptă dincolo de orizontul evenimentelor - nimic nu va ieși de aici.
Dar această lucrare nu este în niciun caz pur „recreativă”, oamenii de știință trag concluzii destul de serioase din ea. Astfel de calcule ajută la înțelegerea mai bună a modului în care legile fizice cunoscute funcționează în adâncurile inaccesibile ale găurilor negre și cum se schimbă odată cu trecerea prin orizontul evenimentelor.
Și restul - vă invităm să vedeți pozele.
Poza unu
Sus: Dacă în spatele găurii negre se află un obiect luminos, lumina din acesta va fi puternic deviată din cauza lentilei gravitaționale și doar inelul luminos ne va fi vizibil de pe navă. În partea de jos: O gaură neagră adevărată nu are grilă de coordonate, desigur. Dar dacă îl proiectăm într-o gaură de pe ecranul navei noastre, îi vom vedea ambii poli în același timp - și totul datorită aceleiași lentile.
Poza a doua
Sus: La o distanță de aproximativ 1,5 ori mai mare decât raza găurii, există o sferă fotonică - o regiune în care particulele de lumină, teoretic, pot rămâne pe o orbită circulară constantă. În practică, ei nu stau acolo mult timp. În partea de jos: Când traversăm orizontul evenimentului, ne putem aștepta să traversăm grila spațială care îl marchează vizual. Dar nimic de genul acesta: orizontul pare a fi împărțit în părți, îmbrățișându-ne de sus și de jos.
Poza trei
Sus: Se obișnuiește să credem că de acum înainte ar fi trebuit să fim înconjurați de întuneric. Dar nu: cerul înstelat deasupra noastră rămâne, pur și simplu se micșorează rapid, de parcă orizontul s-ar ridica din ce în ce mai sus. Niciun motor fantastic nu ne va salva acum. În partea de jos: Acum ne transformăm în spaghete: suntem incredibil de întinși de-a lungul axei verticale și comprimați de-a lungul orizontalei. Aceasta este o manifestare a forțelor de maree care acționează asupra oricărui obiect extins din partea unui câmp gravitațional neomogen.
Poza patru
Sus: Ne apropiem de singularitatea din inima găurii negre. Aceleași forțe de maree fac ca restul universului să arate ca o dâră subțire de lumină. Radiația de deasupra și dedesubtul benzii centrale se schimbă vizibil spre partea roșie, iar pe părțile laterale - spre albastru. Singularitatea în sine nu poate fi văzută în niciun fel: toată lumina merge către ea și nimic nu vine din ea. În partea de jos: În centrul unei găuri negre se află un punct de singularitate, unde măsurătorile noastre sunt infinit curbate și unde nu mai există nimic, nici timp, nici spațiu.
Conceptul de „orizont de evenimente” este granița, după trecerea căreia nici măcar lumina nu poate scăpa din gaura neagră, este considerată principala caracteristică a acestui obiect spațial. Cu toate acestea, ideea că există un obiect a cărui gravitație nu permite nicio particulă să scape este incompatibilă cu fizica cuantică modernă.
În teoria clasică, nu există o cale de ieșire dintr-o gaură neagră, dar în urmă cu 2 ani, fizicianul teoretician Joe Polchinski și colegii săi au condus un experiment de gândire, în timpul căruia a apărut așa-numitul paradox al firewall-ului sau paradox al firewall-ului.
Într-un experiment de gândire, cercetătorii și-au imaginat ce s-ar întâmpla cu un astronaut care a căzut într-o gaură neagră. Teoria clasică pictează următorul tablou: un astronaut traversează imperceptibil orizontul evenimentelor, fără să-și cunoască soarta și imposibilitatea de a se întoarce. În acest caz, astronautul se află într-o stare de cădere liberă și nu se confruntă cu supraîncărcări. Cu toate acestea, pe măsură ce se apropie de centrul găurii negre, astronautul este strâns de spaghete de gravitația incredibilă a singularității supermasive (nucleul infinit de dens al găurii negre). Din fericire, nimeni nu va putea vedea moartea teribilă a unui astronaut - după ce a traversat orizontul evenimentelor, pentru un observator extern, el va dispărea pur și simplu într-o gaură neagră, deși astronautul însuși nu va observa trecerea frontierei și va continua să zboare către singularitatea.
Cu toate acestea, o analiză mai detaliată a echipei lui Polchinski i-a condus pe oamenii de știință la o concluzie uluitoare. Se pare că legile mecanicii cuantice, care guvernează particulele la scară mică, pot schimba complet situația cu zborul astronauților. Teoria cuantică transformă orizontul evenimentelor într-o zonă foarte energetică - același firewall sau zid de foc. Firewall-ul va arde astronautul până la pământ cu mult înainte de a se apropia de singularitate.
Paradoxul firewall-ului a provocat panică în rândul fizicienilor, deoarece pe baza fizicii cuantice, contestă teoria generală a relativității a lui Einstein. Conform acestei teorii, un astronaut în cădere liberă trebuie să se supună legilor fizicii, care sunt identice în tot universul, adică lângă o gaură neagră și în spațiul intergalactic gol. Conform teoriei lui Einstein, orizontul evenimentelor ar trebui să fie un loc neremarcabil, dar nu un „zid de foc”.
Stephen Hawking propune o a treia opțiune, seducator de simplă, în care mecanica tirantă și relativitatea generală rămân intacte. Esența ideii sale este că găurile negre pur și simplu nu au un orizont de evenimente și un zid de foc, deoarece efectele cuantice din jurul unei găuri negre provoacă fluctuații prea puternice în spațiu-timp. Ca rezultat, nu pot exista granițe clare în apropierea găurii negre: fie că este vorba despre un orizont de evenimente sau un firewall.
Conform noii teorii a lui Hawking, în anumite condiții, contracția orizontului vizibil al unei găuri negre poate face ca aceasta să elibereze toată materia și energia prinse de aceasta.
În locul orizontului evenimentelor, conform teoriei lui Hawking, există o graniță încețoșată, un fel de orizont vizibil sau imaginar. Aceasta este o graniță neclară în care razele de lumină care ies dintr-o gaură neagră încep să încetinească. În relativitatea generală, lumina încearcă să scape dintr-o gaură neagră, dar rămâne blocată la marginea orizontului de evenimente, unde gravitația este suficient de puternică pentru a încetini fotonii. Prin urmare, în teoria relativității, orizontul vizibil și orizontul evenimentelor nu se disting în două fenomene separate. Cu toate acestea, Hawking crede că aceste două orizonturi pot fi distinse. De exemplu, dacă o gaură neagră absoarbe o cantitate mare de materie, orizontul ei de evenimente va crește mai mare decât orizontul vizibil.
Pe de altă parte, găurile negre se pot micșora treptat, eliberând așa-numitele radiații Hawking. În acest caz, orizontul evenimentelor, teoretic, devine mai mic decât orizontul vizibil.
Noua propunere a lui Hawking nu contestă faptul că orizontul evenimentelor există. La urma urmei, absența sa înseamnă că nu există deloc găuri negre, deoarece materia și informațiile le pot părăsi cu ușurință.
Cu toate acestea, noua teorie a lui Hawking ridică o serie de întrebări. În primul rând, se dovedește că o gaură neagră poate încă „elibera” materie și energie, deși într-o formă distorsionată. Deci, de exemplu, dacă orizontul vizibil este redus la o anumită dimensiune mică, unde efectele mecanicii cuantice și ale gravitației se combină, gaura neagră poate dispărea. În acest moment, toată materia și energia stocate de gaura neagră vor fi eliberate, deși nu în forma în care au fost capturate. De asemenea, existența unei singularități în centrul unei găuri negre este pusă la îndoială. Dacă Hawking are dreptate, materia din interiorul unei găuri negre este doar „stocată temporar” în orizontul vizibil: se va muta încet în gaura neagră sub influența gravitației, dar nu va fi niciodată comprimată într-o singularitate infinit de densă. În același timp, principiul orizontului evenimentelor va fi păstrat: chiar dacă informațiile despre obiectele absorbite de gaura neagră ies din ea prin radiația Hawking, aceasta va fi într-o formă complet diferită și va fi imposibil de restabilit. aspectul acestor obiecte.
Teoria lui Hawking este o încercare de a unifica contradicțiile dintre fizica cuantică și cea clasică. Totuși, nu va fi atât de ușor. Potrivit însuși Stephen Hawking, în teoria clasică nu există nicio cale de ieșire dintr-o gaură neagră, dar teoria cuantică permite energiei și informațiilor să scape dintr-o gaură neagră. Fizicianul admite că pentru a explica pe deplin procesele care au loc într-o gaură neagră, va fi necesară combinarea gravitației cu alte forțe fundamentale ale naturii, iar această problemă a rămas nerezolvată de aproape un secol.
