|
Forskning kring svarta hål har under lång tid varit något av det mest prestigefulla som en
teoretisk fysiker kan hålla på med. Många av de främsta hjärnorna inom det vetenskapliga
samhället har varit involverade med forskning kring dessa objekt. Den största delen av teorin
har tagits fram i USA, Sovjetunionen och England. Under Andra Världskriget så startades
jättelika projekt i USA och Sovjetunionen för att först ta fram atombomben och sedan vätebomben.
När detta var gjort i mitten på 1950-talet övergick många av forskarna till att studera teorin
om svarta hål eftersom skillnaden mellan fysiken i en atombomb och i ett svart hål inte är
särskilt stor. I båda fallen måste man ta hänsyn till relativistiska effekter. Sedan 1940-talet
har datorn spelat en fundamental roll inom svartahålsforskningen och nu är den viktigare än
någonsin eftersom det är allt mer komplicerade fenomen som man vill studera. Dessutom har många
av de största frågorna kring fysiken i isolerade svarta hål fått svar och man har mer gått över
till att studera objektens samverkan med den omgivande materien. Numera är det dock genom
strängteorin som många av problemen studeras.
Vilka är då de största aktuella forskningsområdena relaterade till svarta hål?
- Gravitationsvågor: Efter att ha försökt att experimentellt detektera gravitationsvågor
i 50 år så lyckades man den 21:a november år 2015 detektera de första
gravitationsvågorna.
Jättelika projekt, bl a LIGO, pågår runt om i världen för att
kunna detektera dessa med hjälp av interferensmetoder baserade på lasrar. Genom att studera
gravitationsvågorna från massiva objekt skulle man kunna lära sig mycket om dessa objekt.
Tillräckligt kraftiga gravitationsvågor uppträder dock troligtvis bara när neutronstjärnor
eller svarta hål kolliderar.
- Kvantgravitation: För att ännu bättre förstå vad som händer inuti svarta hål och
hur Universums födelse gick till, men även möjligen för att förstå hur hjärnan fungerar, så
måste kvantmekaniken inkorporeras med den allmänna relativitetsteorin. Enorm möda har lagts
ned på att göra detta (redan Einstein arbetade med detta) men ännu så har man inte lyckats
med några större genombrott. Mycket lovande är dock
strängteorin som har gett resultat inom
informationsparadoxen och om revor i rumstiden kan skapas som tillåter resor genom denna.
Ett utmärkt teoretiskt laboratorium för att utforska dessa lagar hos denna förhoppningsvis
slutgiltiga teori är just svarta hål.
- Ansamlingsskivor: En ganska stor del av den forskning som görs har att göra med
hur de svarta hålen samverkar med dess omgivning och formar ansamlingsskivor. Dessas
egenskaper är av fundamental betydelse för att kunna tolka de bilder som tas med moderna
teleskop på galaxer innehållande misstänkta svarta hål. ADAF (Advection-Dominated Accretion
Flow) är numera ett populärt begrepp.
Stora frågeställningar inom forskningen om svarta hål som har besvarats de senaste åren:
- Kosmisk censur: Kan nakna singulariteter bildas, d v s
svarta hål som inte har någon händelsehorisont utanför singulariteten? Om så inte är fallet,
varför hindrar då naturen utomstående observatörer från att se singulariteten? Roger Penrose
ställde i slutet på 1960-talet upp en konjektur om
att naturen alltid hindrar omvärlden från att direkt se själva singulariteten och sedan
kunna ta med sig informationen om denna utanför det svarta hålets gravitationsfält. Den 24
september år 1991 så slog
Stephen Hawking (1942-2018) vad
med John Preskill och Kip Thorne där Hawking inte trodde att klassiska nakna singulariteter
kan bildas medan Preskill och Thorne trodde motsatsen. Vinnaren skulle få en T-shirt för att
följa deras nakenhet med lämpligt tryck. Det har fortfarande inte lagts fram något giltigt
analytiskt bevis varken för att det är så eller motsatsen men år 1991 så visade Stephen
Hawking att det troligen kan bildas mikroskopiska nakna singulariteter. Anledningen till att
Preskill och Thorne vann vadet redan då var att det inte är ren klassisk relativitetsteori
som orsakar dessa nakna minisingulariteter utan kvantmekanisk fysik. Simuleringar gjorda av
Saul Teukolsky och Stuart Shapiro vid Cornell University år 1991 visar dock att nakna
singulariteter troligen kan bildas även på makroskopiska nivåer, d v s med ren
relativitetsteori. Dessa är dock instabila och vid minsta störning så försvinner den nakna
singulariteten. I februari år 1997 så erkände Stephen Hawking att han trots allt hade
förlorat vadet från år 1991 och Preskill samt Thorne fick sina två T-shirtar som numera
täcker deras nakenhet...
- Informationsparadoxen: Försvinner verkligen information för evigt när den faller
ned i ett svart hål? Stephen Hawking trodde det. Leonard Susskind och Gerard t'Hooft trodde inte att
informationen försvinner för evigt, eftersom det skulle bryta mot kvantmekanikens lagar,
utan att informationen lagras "krypterad" på händelsehorisonten i form av enormt tidsdilerade
strängar som annars rör sig otroligt snabbt (se membranparadigmet).
Strängteori användes för att lösa denna paradox. Vinnare blev Susskind över Hawking.
Numera är några av de största forskningscentren koncentrerade till
Caltech (Thorne, Schwarz),
Cornell (Shapiro & Teukolsky),
Stanford (Leonard Susskind),
Princeton (Edward Witten),
Cambridge (efterträdare till Hawking),
Köpenhamn (Novikov) och
Göteborg (Marek Abramowicz).
|
