În interiorul unei găuri negre, nicio rază (particulă) de radiaţie electromagnetică nu are energia suficientă pentru a scăpa în afară, motiv pentru care interiorul unei găuri negre nu este vizibil. Fiind un obiect astronomic limitat de o suprafaţă în interiorul căreia câmpul gravitaţional este atât de puternic, o gaură neagră se caracterizează prin capacitatea de a comprima extrem de multă materie.

Ana Maria Raclariu a absolvit Colegiul Național Mihai Viteazul din București în 2010 după care a urmat studiile de licență și master în fizică la Universitatea Cambridge din Marea Britanie. În prezent este doctorand în fizică teoretică la Universitatea Harvard din Statele Unite ale Americii în grupul profesorului Andrew Strominger unde studiaza unele aspecte ale legilor fundamentale ale naturii. În interviul pe care l-a oferit lui Vladimir Adrian Costea, pentru Europunkt, Ana Maria Raclariu a analizat perspectivele şi provocările privind înţelegerea naturii găurilor negre.

IMG_6500 (2)

Vladimir Adrian Costea: Pentru început, te rog să ne prezinţi principalele caracteristici ale găurilor negre. Care este natura găurilor negre?

Ana Maria Raclariu: Pentru a aprecia răspunsul la această întrebare, voi începe prin a vă reaminti unele dintre progresele remarcabile legate de studiul universului din ultimii 100 de ani. Telescoapele astronomice moderne ne permit să studiem în detaliu universul cu miliardele de galaxii, fiecare la rândul ei cu miliarde de stele și planete, dar și alte tipuri de radiație cu lungimi de undă în afara spectrului optic precum radiația cosmică de fond, cea mai veche formă de radiație electromagnetică din univers. Toate acestea se bazează pe interacțiunea undelor electromagnetice cu materia, iar tot ceea ce este vizibil se rezumă la aproximativ 5% din univers. Restul de 95% este invizibil sau ‘negru’ și prin urmare imposibil de studiat cu tehnologia disponibilă în prezent. În mod natural, am putea deduce că negru înseamnă gol – știm totuși că nu este așa. O parte din acest ‘invizibil’ are efect gravitațional asupra galaxiilor și a fost prin urmare numită materie neagră. Cealaltă parte, energia neagră are efectul unei forțe net repulsive care determină expansiunea universului.

În categoria de ‘invizibil’ se încadrează și găurile negre: obiecte cu masa de zeci până la milioane de ori mai mare ca soarele, dar care spre deosebire de stele absorb orice tip de materie sau lumină din apropiere. Găurile negre au fost descoperite acum aproximativ 100 de ani sub formă de soluții matematice ale ecuațiilor lui Einstein. Inițial aceste soluții au fost considerate neinteresante din punct de vedere fizic de însuși Einstein pentru că aveau o ‘singularitate’ în spațiu-timp aflată într-o zonă unde rolul timpului și al spațiului se inversează: la fel cum pe pământ nu putem opri trecerea timpului, orice obiect ce pătrunde în această zonă nu își poate opri evoluția către singularitate și prin urmare dispariția. Ulterior, întelegerea găurilor negre a devenit una dintre principalele motivații în căutarea unei teorii universale a naturii, a unificării teoriei gravitaționale propusă de Einstein cu fizica cuantică. Una dintre cele mai interesante întrebări legate de natura găurilor negre este ce se întamplă cu principiul conservării ‘informației’ în prezența acestora. Se pare că tot ceea ce este absorbit de o gaură neagră se pierde pentru totdeauna, în contradicție cu unul dintre principiile fundamentale din fizică. În anii ‘70, Stephen Hawking a demonstrat că găurile negre se pot de fapt evapora, evaporarea fiind un posibil mecanism pentru rezolvarea problemei dispariției informației. Din păcate însă, problema s-a accentuat – găurile negre înapoiază tot ceea ce absorb în formă de radiație, iar informația inițială este distrusă în mod ireversibil. Din punctul acesta de vedere, găurile negre sunt unul dintre cele mai mari mistere ale naturii în prezent.

Care sunt principalele progrese din stiință datorate studiului găurilor negre?

Găurile negre au fost probabil motivația principală în căutarea unei teorii fundamentale a naturii. Au stat la baza dezvoltării teoriei corzilor, în prezent cel mai bun candidat pentru rolul de teorie a gravitației cuantice. De asemenea, descoperirea așa numitului principiu holografic se datorează în mare parte găurilor negre. Ideea că o teorie gravitațională în D dimensiuni ar putea fi descrisă în mod echivalent de o teorie cuantică în D-1 dimensiuni s-a datorat în mare parte faptului că entropia (sau capacitatea de a stoca informație) unei găuri negre este proporțională cu suprafața și nu cu volumul ei. În ultimii 20 de ani, studiul principiului holografic s-a dovedit a juca un rol importat nu numai în înțelegerea legilor fundamentale ale universului, dar și în domenii precum fizica solidelor. Anumite proprietăți ale materialelor care în mod normal sunt imposibil de calculat prin metode obișnuite au fost calculate holografic, iar rezultatele au fost ulterior confirmate experimental.

Nu în ultimul rând, existența găurilor negre a fost de curând confirmată la observatorul pentru detecția undelor gravitaționale cu interferometru laser (LIGO) prin detecția undelor gravitaționale provenite de la coliziunea unui sistem binar de găuri negre. După părerea mea este absolut fascinant că tehnologia din prezent ne permite să măsurăm deviații relative de 1 într-o mie de miliarde de miliarde în spațiu-timp! În curând cercetătorii implicați în proiectul ‘Event Horizon Telescope’ (EHT) speră să observe în mod direct gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee fapt care ne-ar permite să testăm proprietățile geometrice ale găurilor negre prezise de teoria relativității generale.

Care sunt principalele polemici privind natura găurilor negre pe care le identifici în cadrul cercetărilor din domeniu?

Dacă în trecut au existat polemici cu privire la existența găurilor negre, în prezent suntem convinși că ele sunt reale și se estimează că ar exista milioane de găuri negre numai în Calea Lactee. Cu toate acestea, spre deosebire de orice alt obiect vizibil din univers, nu știm aproape nimic despre ceea ce se află în ‘interiorul’ lor. Mai mult, în timp ce se presupune că găurile negre se formează în urma colapsului gravitațional al unor stele deosebit de masive, încă nu avem un mecanism care să explice procesul de evaporare al unei găuri negre. Este singularitatea din interiorul găurilor negre reală? Ce se întâmplă cu informația absorbită de o gaură neagră? Cum explicăm faptul că entropia unei găuri negre este direct proporțională cu suprafața ei? Toate aceste întrebări nu au încă răspunsuri concrete, cu toate că s-au scris nenumărate articole pe aceste teme.

Care sunt perspectivele şi provocările pe care le identifici în rândul cercetărilor în privinţa înţelegerii naturii găurilor negre?

Din punctul meu de vedere găurile negre sunt probabil cele mai misterioase obiecte din univers. Se știe mult prea puțin despre ele, iar a le înțelege măcar unele dintre caracteristici este în sine o provocare. Un calcul care să explice formula entropiei găurilor negre ar fi un pas uriaș în dezvoltarea unei teorii a gravitației cuantice, care în cele din urmă ar putea explica evaporarea găurilor negre și ar rezolva misterul informației. Suntem probabil departe de a rezolva această problemă în prezent. În ceea ce privește perspectivele experimentale, LIGO a deschis o mare poartă în studiul găurilor negre prin detecția de unde gravitaționale, iar proiectul EHT are potențialul de a ne da în acest an primele imagini ale unei găuri negre. Nu în ultimul rând, la Universitatea Harvard s-a inaugurat în septembrie 2016 ‘Black Holes Initiative’, o instituție care reunește cercetători din astrofizică, astronomie, fizică teoretică, matematică și filozofie cu scopul de a înţelege unele dintre proprietățile găurilor negre. Această inițiativă este prima din lume de această natură și nu putem decât spera că această colaborare multidisciplinară va accelera progresul în domeniu.

 

Tags: , , , , , ,

 

fără comentarii

Fii primul care comentează

Lasă un comentariu