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.
Tack för en mycket trevlig blogg; jag ser fram emot att läsa kommande alster!
Frågor om svarta hål kan man ju ha många, men jag ska försöka begränsa mig till en — jag ber om ursäkt på förhand om jag kunde hittat svaret på Wikipedia, eller annorstädes på nätet. I korthet lyder den: Vad tror fysiker nuförtiden ”stoppar” gravitationen från att klämma ihop all materia i en matematisk punkt (eller, gör man det inte)?
För att ge lite bakgrund till frågan, så har jag fått för mig att Hawkingsstrålning innebär att det svarta hålet ”roterar”, i någon mening som jag hoppas ingen ber mig beskriva, vilket tillsammans med det faktum att matematiska punkter per definition inte har någon utsträckning gör att man endera måste postulera en egenskap hos materiepunkten liknande spinnet hos elementarpartiklar, eller frångå idén om en matematisk punkt. När jag läste ”Astronomi och Geofysik” för sådär 35 år sedan fick jag intrycket att fysiker i gemen inte riktigt trodde på den där matematiska punkten, utan såg det som en tillfällig lösning tills man hittat nästa ”packningsmekanism” (efter vanlig materia och neutronstjärnor) som naturlagarna ger upphov till.
Det är alldeles riktigt att man betraktar den oändligt sammanpressade materien längst inne i det svarta hålet som en preliminär beskrivning i väntan på något bättre. Dvs, när man har koll på all fysik så förekommer det nog ingen oändlighet. Tanken är att kvantmekaniken skall fixa till det — gärna i samarbete med strängar. Exempel på hur detta fungerar finns i en del idealiserade situationer men än så länge kan man inte säga att man vet exakt vad som sker i ett verkligt svart hål. En sak att hålla i minnet är dessutom att singularieteten i ett svart hål är mer att betrakta som ett ögonblick (när allt tar slut) snarare än en plats.