Harige zwarte gaten: fysici claimen oplossing voor 50 jaar oude paradox
Wetenschappers claimen dat ze een van de grootste paradoxen in de natuurkunde hebben opgelost. Met een nieuwe stelling (theorem) wordt een tegenstrijdigheid overbrugd die voor het eerst aan het licht werd gebracht door de bekende Britse wetenschapper Stephen Hawking. Daarbij speelt zogenoemd 'kwantum-haar' een hoofdrol.
De Hawking-paradox dateert uit de jaren 70 en draait om zwarte gaten: dode, geïmplodeerde sterren met zo'n enorme zwaartekracht dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen.
Hawking wees zijn collega's op een probleem. Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein kan niets uit een zwart gat ontsnappen, maar volgens de kwantummechanica is dat onmogelijk. Die paradox stelde wetenschappers voor het dilemma dat een van de twee theorieën, beide van fundamenteel belang voor de moderne natuurkunde, mogelijk niet helemaal klopt.
Geen 'haar' of wel?
Als er niets uit een zwart gat kan ontsnappen, kan er ook geen informatie over wat er in het zwarte gat gebeurt naar buiten. In de jaren 60 kwam de Amerikaanse fysicus John Wheeler daarom met de volgende beschrijving van zwarte gaten: objecten met enkel een massa, een draaisnelheid en lading, maar verder ontdaan van iedere andere natuurkundige eigenschap. Ze waren zogezegd 'kaal' en Wheelers stelling werd daarom het 'Geen-Haar-theorem' genoemd.
Een team van natuurkundigen heeft nu aangetoond dat componenten van de dode ster een afdruk achterlaten in het zwaartekrachtveld van het zwarte gat. Ze noemen die afdruk 'quantum-haar', en hun stelling het 'Wél-Haar-theorem'.
Het nieuwe theorem, gepubliceerd in Physics Letters B, overbrugt volgens de wetenschappers de kloof tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica. Het kwantum-haar maakt het mogelijk dat informatie over het zwarte gat toch naar buiten kan, zonder de principes van beide theorieën geweld aan te doen.
"Het probleem is gekraakt!", stelde professor Xavier Calmet, een van de onderzoekers, in gesprek met de BBC. Volgens hem is het een simpele, elegante oplossing van het probleem, "maar het zal sommigen wat tijd kosten om dit te accepteren."
'Interessante draai, nog geen oplossing'
Hoogleraar sterrenkunde Heino Falcke, grondlegger van de onderzoeksgroep die in 2019 de eerste foto van een zwart gat publiceerde, is blij met de nieuwe ontwikkeling rond de Hawking-paradox. "Dit geeft een interessante draai aan het verhaal."
Maar volgens Falcke zitten er op het eerste gezicht nog wel aannames en gaten in de stelling. "Er is genoeg ruimte over om er verder aan te werken voordat de conclusie kan worden getrokken dat het probleem is opgelost."
Zo is er nog geen algemeen geaccepteerde theorie over kwantumzwaartekracht. Zo'n theorie zou het gedrag van zwaartekracht op de allerkleinste schaal moeten beschrijven, waar kwantumeffecten belangrijk worden en meer inzicht moeten geven in de fundamentele eigenschappen van zwarte gaten.
