Jag har nog aldrig sett en sådan uppmärksamhet kring ett vetenskapligt föredrag på en konferens i fundamental fysik! Kameror knäpper och mikrofoner sträcks fram. Det blev ett lite kortare föredrag på en kvart följt av en längre diskussion där Hawking stavade fram kortare svar.

Vad gick det hela ut på?

Man har tidigare menat att ett svart hål inte har något hår. Dvs, de har inga yttre egenskaper utöver massa, elektrisk laddning och hur fort det svarta hålet roterar. Hawkings resonemang, som utvecklats tillsammans med fysikerna Andy Strominger och Malcolm Perry, går ut på att detta inte är helt sant. I själva verket kan det vara så att svarta hål har massor av hår. Malcolm är också med på konferensen och har i ett uppföljande föredrag förklarat mer om detaljerna.

Den föreslagna lösningen på informationsparadoxen har att göra med att informationen lagras i själva rumtiden genom det extra håret. Den infallande materien påverkar rumtiden och ger en minnesbild av allt det som föll in i form av fina strukturer. Bilden sträcker sig långt ut från det svarta hålet och blir kvar även när det svarta hålet är borta. Liknande idéer har lagts fram tidigare men detta är en utveckling som introducerar en del nygamla begrepp. Nyckelordet är ”supertranslationer”.

Ett sätt att förstå vad det handlar om är via fenomenet ”gravitationellt minne”. Föreställ dig ett antal satelliter i omloppsbana runt jorden, kanske jämnt fördelade längs samma bana. Om en gravitationsvåg passerar rakt igenom systemet kommer rumtiden efteråt att i princip vara den samma, men satelliterna kan ha flyttat lite grand på sig, och deras klockor kan också ha skiftat lite grand relativt varandra. Det här är väsentligen innebörden i en supertranslation.

Man har faktiskt letat efter tecken på det här fenomenet genom att studera pulsarer, ett slags kollapsade stjärnor – neutronstjärnor – som roterar snabbt och som fungerar som mycket noggranna klockor. Om en gravitationsvåg utsänd från, tex, ett par kolliderande svarta hål, skulle passera förbi skulle pulsarklockorna skifta.

Tanken är alltså att detta fenomen skulle hjälpa till med informationslagringen. Det är lite för tidigt att dra några riktigt säkra slutsatser av det här, men det kan mycket väl vara ett viktigt steg framåt. Det är också oklart hur det kopplar an till hur strängteorin hittills angripit problemet.

Men även om detta skulle lösa problemet med hur informationen kommer ut ur det svarta hålet, är allt ändå inte alldeles frid och fröjd. Du som har hängt med så här långt har kommit hyfsat långt med att förstå vad Hawkingstrålning handlar om, men det allra underligaste – och mest spännande – kvarstår. Men mer om detta kommer i morgon…

Var är Hawking? Idag började den unika konferensen med Hawking. Det är en vacker föreläsningssal på KTH. Lite ljudproblem under öppningsceremonin men det ordnade upp sig till sist. (Precis som vanligt med andra ord.) Mest minnesvärt var ett citat av Eugene O’Neill Nobelpristagare i litteratur: ”Happiness is not for the timid. Scientists are not timid.”

Men var är Hawking?

Förste föreläsare är Gerard ´t Hooft, Nobelpriset i fysik 1999, som påminner om hur lite vi vet och vilken stor gåta som Hawkingstrålningen utgör. Han berättar om ett sätt att förändra gravitationen för att komma till rätsida med paradoxerna.

Men vi tar det från början, vad är ett svart hål egentligen? Enkelt sagt handlar det om en stjärna som kollapsat och blivit så tät och liten att gravitationen hindrar allt från att komma därifrån. Väl inne är man helt enkelt fast. Inte ens ljuset har en chans och därför är det svarta hålet just… svart.

Ett svart hål med en massa som solens skulle ha en radie på ungefär 3 km, och jorden skulle som svart hål inte vara större än en ärta. Gravitationen från den lilla svarta ärtan skulle på ett avstånd av 6000 km vara lika stark som den vi känner på ytan av jorden i nuvarande tillstånd. Men ju närmare man kommer desto starkare blir gravitationen och till slut blir det riktigt, riktigt farligt.

Det finns svarta hål av olika slag runt om i universum. Några har massor några gånger större än solens och är resterna av döda stjärnor. Andra ligger i centrum av galaxer med massor miljoner eller miljarder gånger solens massa. Svarta hål handlar inte om spekulationer – de finns. Animationen här nedanför (baserad på verkliga observationer och extrapolerad lite framåt i tiden) visar hur stjärnor kretsar kring något osynligt och tungt – 4 miljoner solmassor – i Vintergatans centrum. Det visar också hur ett moln passerar förbi det svarta hålet.

För att riktigt förstå hur ett svart hål fungerar behöver man ta till Einsteins allmänna relativitetsteori där gravitationen beskrivs som krökt rumtid. (Lite mer om relativitetsteorin hittar du i Einsteins blundrar). Nära ett svart hål kröker rumtiden så till den milda grad att innanför gränsen till det svarta hålet, eller horisonten, blir det vi vill kallar riktningen inåt mot hålets centrum till tiden själv. Det är därför lika svårt att ta sig ut ur ett svart hål som att resa bakåt i tiden. Och eftersom inget kan stoppa tidens gång kommer man obönhörligt att föras in mot mitten där tiden tar slut och man krossas tillsammans med allt annat som bildade det svarta hålet. Man brukar kalla det för singulariteten.

Konstigt? Så där. Det riktigt märkliga handlar om vad som händer när man tar hänsyn till kvantmekaniken. Kvantmekaniken handlar ju normalt om det som sker i den lilla världen, inne i atomen. Verkligheten blir luddig i kanten och slumpen börjar spela en viktig roll. Hawking var först med att på 70-talet tillämpa kvantmekanik på svarta hål inspirerad av en mystisk iakttagelse av fysikern Jacob Bekenstein (nyligen avliden) som gick ut på att det fanns en parallell mellan svarta hål och termodynamik. Ett svart hål kan bara växa och bli större, liksom entropin, eller oordningen, bara kan växa hos ett isolerat system. Det finns alltså ett slags samband mellan att inget kan komma ut ur ett svart hål och att mitt skrivbord blir stökigare och stökigare om jag inte städar det.

Men Hawkings slutsats blev att svarta hål inte kan vara helt svarta utan istället har en temperatur, långsamt strålar lite grand och så småningom dunstar bort. Läckaget är löjligt litet, och det tar väldigt lång tid (faktiskt väldigt, väldigt lång tid), men effekten finns där. Det som i klassisk fysik är en omöjlighet är ibland möjligt inom kvantmekaniken. Även om sannolikheten kan vara låg.

Det är om denna Hawkingstrålning som konferensen handlar och om en underlig paradox som uppkommer om man tar strålningen på allvar. Hawkings resultat pekade på att svarta hål kan förstöra information och vara naturens absolut bästa dokumentförstörare. Kanske till och med för bra för att det skall vara riktigt hälsosamt för universum.

Varför då? Och vad innebär det? Och stämmer det verkligen? Och var är Hawking?

Mer om detta och en sammanfattning av Hawkings föreläsning ikväll på Stockholm Waterfront kommer framöver.

Fortsätt följ bloggen under veckan och ta chansen att förstå vad svarta hål och Hawkingstrålning handlar om. Har du frågor skriv dem i kommentatorsfältet!

Uppdatering 11.55: Hawking rullade precis in med sin rullstol. Konferensen har börjat på riktigt.

Kan man se Kepler 452b? Inte än, men en dag kanske vi kan få en verklig bild av den eller någon annan jordliknande planet. Finns där luft att andas, hav att simma i och liv? I väntan på detta kan man ju nöja sig med Kepler 452 — stjärnan kring vilken Kepler 452b kretsar.

Det krävs ett hyfsat teleskop för att kunna se stjärnan men efter lite efterforskning insåg jag att den med magnitud 13.5 inte borde vara något större problem för min Celestron 8. Tillsammans med gode vännen Olle Bjernulf gav vi oss i förra veckan ut under en stjärnklar himmel. Det var långt från Uppsalas störande ljus och det enda som påminde om att sommaren inte riktigt var slut var den ljumma luften och ett svagt ljus över den norra horisonten.

Vi värmde upp med Ringnebulosan, den stora klotformiga stjärnhopen i Herkules och Hantelnebulosan – för mig lika förknippade med sensommaren som gräshoppor och ögontröst. Vi fortsatte med Uranus och Neptunus lågt ner på himlen under Pegasus, där Uranus kostade på sig att visa upp en liten skiva, innan det var dags att vrida teleskopet rakt upp mot Svanens ena vinge. Där, i ett område nära stjärnan delta Cygni, eller Rukh (som förövrigt kommer att vara polstjärnan under några hundra år kring 11250), skulle den finnas.

Med hjälp av noggranna kartor var det inte särskilt svårt att hitta rätt ställe. Men sedan blev det besynnerligt besvärligt. Det ville sig inte riktigt även om jag hävdar en liten skymt av den ljussvaga stjärnan i Vintergatans myller. När vi letade vidare efter annat att titta på, och galaxerna M81 och M82 i Stora Björnen tedde sig oroväckande bleka, insåg vi misstaget: objektivet var alldeles fullt av imma. Den fuktiga luften från åkrarna hade gjort sitt. Förmodligen hade det börjat redan efter det att vi lämnade Hantelnebulosan i Räven och därför retfullt försvårat vår observation av Kepler 452.

Men samtidigt, en bit bort, hade Olles kamera stillsamt och sakta följande himlens rörelse stirrat mot Svanen. Och i en av bilderna kameran tog hittade vi den, Kepler 452. Ett utsnitt av en av bilderna och en karta som visar rätt ställe på himlen finns härintill.

Strålar från en avlägsen sol som samtidigt lyser över en främmande och okänd jord har råkat på villovägar och letat sig fram till oss. Undrar om någon tittar tillbaka? Fastnar vi på bild?

Strax utanför ämnet: Vill du hjälpa till att namnge en exoplanet? Lillamy, Mumin eller Morran? Gör ditt val här och läs mer här.

I nästa vecka kommer Stephen Hawking till Stockholm på besök i samband med en konferens…

…och han ger också en offentlig föreläsning på Stockholm Waterfront men de runt 1500 biljetterna är sedan länge slut. Senast det var på gång något liknande i regionen var 2011 då han skulle föreläsa i Uppsala. Tyvärr blev han förhindrad på grund av sjukdom och ersattes av sin dotter.

Den intresserade kan hålla utkik på dessa sidor efter inside-rapporter från konferens och föreläsning…

Hösten 1915 efter många års kamp med den allmänna relativitetsteorin fick Einstein äntligen rätsida på ekvationerna och detta är väl värt att fira om något. I ett annat sammanhang i bloggen prisade jag La Recherche på bekostnad av Scientific American, men kan nu konstatera att den senare presterat ett hyfsat temanummer med anledning av jubileet. Men för att ta ner jubilaren på jorden koncentrerar jag mig på hans fyra stora blundrar. Alla intressanta på sitt sätt.

1. Kvantmekaniken var den allra största blundern. Gud kastar inte tärning!? Ironiskt nog är Einsteins namn, tillsammans med Podolsky och Rosen, förknippat med EPR-paradoxen som visar hur kvantmekaniken överbryggar tid och rum på ett sätt som är omöjligt i den klassiska fysik som Einstein älskade. Han sökte en förenad teori för allting, tilltalades av extra dimensioner men var chanslös utan kvantmekanik.

2. Införde och kastade bort den kosmologiska konstanten. Den kunde inte åstadkomma det han ville och han betraktade den själv som ett stort misstag. Fast nu är den tillbaka i form av den mörka energin – mer om detta i Mörkret vid tidens ände.

3. Ljusavböjningen. Att ljus från avlägsna stjärnor böjer av nära solen var vad som bekräftade den allmänna relativiteten vid en solförmörkelse 1919, men Einstein avfärdade i övrigt gravitationslinser som omöjliga att se. Men han kollade aldrig hur galaxer kunde böja ljuset från andra galaxer. Nu finns mängder av spektakulära exempel och det är det sätt vi har för att kartlägga mörk materia.

Så här kan en gravitationslins se ut:

4. Gravitationsvågor. Trodde först att de inte fanns beroende på en felräkning. Fick sin artikel refuserad och skrev ett argt brev till tidskriften. (Som redaktör för ett par tidskrifter kan jag tillägga att sådant är rätt vanligt…). Men så småningom insåg han sitt misstag och fick det rätt. Redan refuseringen från tidskriften innehöll lösningen men den hade han i ilskan kastat bort.

Den här bilden visar inte gravitationsvågor:

… den utgör istället en blunder som vida överträffar Einsteins. Det BICEP2 såg var förmodligen damm i Vintergatan och man skulle ha tänkt sig för ett par gånger till innan man basunerade ut upptäckten. Men om man väl hittar vågorna så är det ungefär så här de kommer att se ut.

Och nu då? En av artiklarna i temanumret handlar om att städa upp efter Einstein. Inte minst foga samman den allmänna relativiteten med den för Einstein så förhatliga kvantmekaniken. Lätt är det inte och det saknas experiment. Ett av de mest spännande och originella är Holometern vid Fermilab utanför Chicago. Med hjälp av laserstrålar som studsar mot speglar skall den känna av små, små vibrationer i rumtiden orsakade av kvantmekaniken. Så är det tänkt i alla fall. Jag träffade en av initiativtagarna, Craig Hogan, vid en konferens i Madrid förra året och han lyckades åtminstone övertyga mig om projektets betydelse. Oavsett om man hittar något eller ej kommer det att vara en viktig ledtråd.

Strängteorin är det bästa man hittills åstadkommit för att få ihop kvantmekaniken och gravitationen men lite trögt har det väl gått. Originella experiment som Hogans och helt nya idéer är vad som behövs. Vid samma konferens i Madrid där jag träffade Hogan höll Tom Banks, en känd gestalt inom strängteorin, ett brandtal vid en middag som just gick ut på att bryta med det gamla och våga tänka nytt. Även inom det som skall representera den absoluta frontlinjen inom fundamental vetenskap är det alltför vanligt att hamna i auktoritetstro och blint reproducera det som redan är gjort för att på så sätt öka chanserna till anslag och avancemang. Det system vi har är nog inte det bästa om man vill frambringa några nya Einstein. Jag kanske kommer att skriva mer om det en annan gång…

Men förr eller senare kommer genombrottet. Något står och väntar runt hörnet, något som har med universums mörka sida att göra. Kom ihåg var du läste det först.