En nyligen publicerad tidning av Stephen Hawking har skapat en väsentlig uppmuntran och till och med lett till Nature News för att förklara att det inte finns några svarta hål. Som jag skrev i ett tidigare inlägg, det är inte riktigt vad Hawking hävdade. Men det är nu klart att Hawkings påstående om svarta hål är fel eftersom den paradoxen han försöker ta itu med inte är en paradox trots allt.
Allt handlar om vad som kallas brandväggsparadoxen för svarta hål. Det centrala inslaget i ett svart hål är dess händelseshorisont. Händelsehorisonten för ett svart hål är i princip punkten att ingen återvända när man närmar sig ett svart hål. I Einsteins teori om allmän relativitet är händelseshorisonten där utrymme och tid är så vridna av allvar att du aldrig kan undkomma. Korsa händelseshorisonten och du är för evigt fångad.
Denna envägs natur av en händelseshorisont har länge varit en utmaning för att förstå gravitationsfysiken. Exempelvis verkar en händelsehorisont för svart hål bryta mot termodynamikens lagar. En av termodynamikens principer är att ingenting ska ha en temperatur på absolut noll. Även väldigt kalla saker strålar lite värme, men om ett svart hål fångar ljus så avger det inte någon värme. Så ett svart hål skulle ha en temperatur på noll, vilket inte borde vara möjligt.
Sedan demonstrerade Stephen Hawking 1974 att svarta hål strålar ut ljus på grund av kvantmekanik. I kvantteorin finns det gränser för vad som kan kännas om ett objekt. Till exempel kan du inte känna till ett objekts exakta energi. På grund av denna osäkerhet kan ett systems energi variera spontant, så länge dess genomsnitt förblir konstant. Vad Hawking demonstrerade är att nära händelshorisonten för ett svart hål kan par av partiklar uppträda, där en partikel fastnar inom händelseshorisonten (minskar svårhålsmassan något) medan den andra kan fly som strålning (bära bort lite av svart håls energi).
Medan Hawking-strålning löste ett problem med svarta hål skapade det ett annat problem känt som brandväggsparadoxen. När kvantpartiklar visas parvis, är de förvirrad, vilket innebär att de är kopplade på ett kvant sätt. Om en partikel fångas av det svarta hålet, och den andra flyr, bryts parets sammansvetsade natur. I kvantmekanik skulle vi säga att partikelparet förekommer i ett rent tillstånd, och händelseshorisonten verkar bryta det tillståndet.
Förra året visades det att om Hawking-strålning är i rent tillstånd, så kan antingen den inte stråla på det sätt som krävs av termodynamik, eller så skulle det skapa en brandvägg av partiklar med hög energi nära händelsens horisont. Detta kallas ofta brandväggsparadoxen, för enligt den allmänna relativiteten om du råkar vara nära ett hål i horisonten, bör du inte märka något ovanligt. Den grundläggande idén om generell relativitet (likvärdighetsprincipen) kräver att om du fritt faller mot händels horisonten, bör det inte finnas en rasande brandvägg av partiklar med hög energi. I sitt papper föreslog Hawking en lösning på denna paradox genom att föreslå att svarta hål inte har händelsevisont. Istället har de uppenbara horisonter som inte kräver en brandvägg för att följa termodynamik. Därför förklaringen om "inga fler svarta hål" i den populära pressen.
Men brandväggsparadoxen uppstår bara om Hawking-strålning är i rent tillstånd, och ett papper förra månaden av Sabine Hossenfelder visar att Hawking-strålning inte är i rent tillstånd. I sitt papper visar Hossenfelder att istället för att bero på ett par sammantrasslade partiklar, Hawking-strålning beror på två par intrasslade partiklar. Ett sammansvetsat par fångas av det svarta hålet, medan det andra intrasslade paret rymmer. Processen liknar Hawkings ursprungliga förslag, men Hawking-partiklarna är inte i rent tillstånd.
Så det finns ingen paradox. Svarta hål kan stråla på ett sätt som överensstämmer med termodynamik, och regionen nära händelseshorisonten har ingen brandvägg, precis som allmän relativitet kräver. Så Hawkings förslag är en lösning på ett problem som inte finns.
Det jag har presenterat här är en mycket grov översikt över situationen. Jag har överblickat några av de mer subtila aspekterna. För en mer detaljerad (och anmärkningsvärt tydlig) översikt, kolla in Ethan Seigels inlägg på hans blogg Starts With a Bang! Kolla också inlägget på Sabine Hossenfelers blogg, Back Reaction, där hon själv pratar om frågan.
