I februari i år gjorde astronomer en monumental upptäckt. Nästan hundra år efter deras förutsägelse av Albert Einstein upptäckte forskare äntligen gravitationella vågor - "krusningar i rymden", upplysta av strålningen av två sammanslagna svarta hål. Denna observation var en mycket tydlig bekräftelse av Einsteins allmänna relativitetsteori, men samtidigt var denna händelse ett djärvt bevis på att lagarna i denna teori upphör att fungera så snart de når händelsehorisonten för svarta hål.
Sedan februari i år har Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) sett gravitationsvågor totalt tre gånger. Forskare har äntligen tittat närmare på resultaten och hävdar nu att de har funnit bevis på så kallade "ekon" i vågor som utmanar Einsteins förutsägelser om svarta hål.
Dessa uttalanden publiceras för närvarande i det vetenskapliga onlinebiblioteket ArXiv.org, där de kan analyseras av andra medlemmar i fysikssamhället innan de presenteras för peer review. Därför finns det en mycket verklig sannolikhet att nya fakta kommer att finnas inom ramen för en utvändig titt på uppgifterna om observationer av dessa ekon. Dessutom tillhandahölls de bevis som presenterades med en noggrannhet på 5 Sigma, som är guldstandarden i fysikvärlden. Detta innebär att det på 3,5 miljoner finns en möjlighet att observationerna är rent sammanfall.
Men om andra studier visar att detta "eko" faktiskt är närvarande, kommer det för fysik att vara en enorm händelse. Tidigare har det föreslagits att lagarna om allmän relativitet ska smulas till smedare när de närmar sig mitten av svarta hål, men denna upptäckt kommer att visa att lagarna också slutar fungera vid gränserna för dessa rymd-tidfenomen. Om detta är så kan detta vara början på födelsen av lagarna i en helt ny fysik.
"Upptäckten av LIGO och andra organisationer i perspektiv erbjuder en fantastisk möjlighet att utforska nya fysiska lagar," säger Steve Giddings, en forskare i svart hål vid University of California, Santa Barbara, som inte deltog i den studie som beskrivs idag.
Om ekon visar sig vara en dummy, kommer generell relativitet bara att behöva klara bara ett nytt test. I årtionden har fysiker försökt finjustera svarta hål i denna teori och försökt hitta sätt som skulle integreras med kvantmekanik, men Einsteins teori har varit bra fram till nu.
Men innan vi fortsätter med diskussionen, låt oss förstå vad dessa ekon är och hur de relaterar till allmän relativitet.
Allt handlar om den så kallade informationsparadoxen med svarta hål. Enligt Einsteins teori bör allt som korsar svarta hålens händelsehorisont försvinna och inte lämna något kvar. I traditionell mening innebär detta att ingenting, inte ens ljus, kan komma ut ur ett svart hål (därmed förresten namnet på detta objekt).
Kampanjvideo:
Nyligen har forskare varit mycket förundrade över att testa denna teori. Enligt kvantmekanikens lagar kan materia som absorberas av ett svart hål faktiskt lämna ett spår i form av information. Så hur kan evenemangshorisonten beskrivas samtidigt både ur den allmänna relativitetens synvinkel (allt förstörs efter att ha passerat sina gränser), och ur kvantmekanikens synvinkel (från objektet kvarstår dess information)?
Denna fråga är en av de svåraste i modern fysik, och forskare kan fortfarande inte hitta något svar på den.
En föreslagen förklaring är brandvägshypotesen från 2012, som antyder att det finns ringar med mycket laddade partiklar runt händelseshorisonten, som förbränner alla ämnen som passerar genom dem.
Fysikern Stephen Hawking har ett annat antagande. Han tror att svarta hål kan omges av mjukt "hår" (hår används naturligtvis här som en metafor). Dessa "hårstrån" representerar kvantstörningar med låg laddning och lagrar i sig själva signaturer (information om du vill) av allt som en gång föll i ett svart hål.
Oavsett vilken hypotese du är mer benägen till, är deras huvudbudskap detsamma: istället för den rena händelseshorisonten som förutses av allmän relativitet kan gränserna för svarta hål vara mycket mer komplexa och suddiga än vi föreställde oss. Och det största problemet här var att vi inte hade möjlighet att på något sätt verifiera dessa antaganden. Tills LIGO upptäckte gravitationsvågor.
Nu med de tillgängliga uppgifterna föreslår ett internationellt forskarteam ett sätt att ta reda på vad som händer kring svarta hål. Enligt det nya antagandet, om svarta hålens händels horisonter inte riktigt lämpar sig för lagarna om allmän relativitet, bör ekon kvarstå efter de första gravitationsvågorna.
Enligt forskarna kommer det att vara möjligt att upptäcka dem tack vare "hårstrån" som omger det svarta hålet, som är i spänningstillstånd och uppför sig i det här ögonblicket som speglar. De fångar några av gravitationsvågorna som slipper undan det svarta hålet, omsluter dem, överför några av deras tillstånd av störningar och kan sedan upptäckas med instrument som LIGO.
Enligt forskarnas beräkningar kunde dessa ekon detekteras med hjälp av LIGO 0,1 och 0,3 sekunder efter den första frigöringen av gravitationsvågen. Och - se och se! Forskare har blivit vittnen till detta! Dessutom observerades händelsen inte bara inom ramen för den första upptäckten av gravitationsvågor i februari i år, utan också inom ramen för alla tre observationer av gravitationsvågor i år.
Det bör naturligtvis förstås att de tre händelserna knappast kan kallas tillförlitliga statistiska data. Så även om det fortfarande finns möjlighet att dessa ekon var ett slags bakgrundsbrus (1 i 270 fall, eller 2,9 Sigma-fel), kommer ytterligare observationer att hjälpa forskare att bygga en mer solid bevisbasis.
"Den goda nyheten är att klarheten och känsligheten hos LIGO snart kommer att förbättras, så vi har en mer solid möjlighet under de kommande två åren att bekräfta eller förneka dessa iakttagelser," sade ledande forskare Niaesh Afshordi.
Även om ekon kan bekräftas kommer de inte att besvara frågan om vilken nivå av fuzziness gränserna för svarta hål har. Därför har lösningen av informationsparadoxen skjutits upp för nu. Hittills är en sak klar: en av de viktigaste upptäckterna inom fysiken i år har blivit ännu mer frestande.
NIKOLAY KHIZHNYAK