PGO Stephen Hawking zwarte gaten
advertisement
PGO Stephen Hawking zwarte gaten Daan Gehlen 1. Verhelder onduidelijke termen en begrippen Na het lezen van het artikel waren er naar mijn mening geen verwarrende termen. Het is een artikel waarin uitgelegd wort wat zwarte gaten zijn, en wat Hawking voor nieuws te vertellen heeft. Dit wordt op een vrij eenvoudige manier gedaan. 2. Definieer het centrale probleem / vraag van het artikel Stephen Hawking zou het bestaan van zwarte gaten ontkend hebben en wat nieuws verzonnen hebben, maar is dat ook echt zo? 3. Analyseer het artikel / de rode draad We zien een soort vraag en antwoord, waarin de schrijver ons probeert uit te leggen wat de strekking van Hawking’s artikel is. Wat de bestaande theorieën over zwarte gaten zijn, en de gevolgen als Hawking gelijk heeft. Hij zegt dat we nog niet weten wat de gevolgen echt zijn, omdat er nog geen bewijzen geleverd zijn, maar dat het wel zou kunnen helpen met het begrijpen van de interessante fenomeen. 4. Orden de ideeën uit de analyse van het probleem -Wat zegt Hawking nu eigenlijk over zwarte gaten? Hawking heeft een artikel gepubliceerd waarin hij de huidige ideeën over zwarte gaten aanscherpt. Meer specifiek stelt hij dat één van de kenmerkende eigenschappen van een zwart gat, de zogeheten waarnemingshorizon, wellicht niet bestaat. -Wat zijn zwarte gaten ook alweer? Volgens de theoretische fysica waren zwarte gaten ooit gewone delen van de ruimtetijd. Die gebieden hebben echter zo’n gigantische dichtheid gekregen dat hun enorme zwaartekracht een waarnemingshorizon genereert. Die waarnemingshorizon geeft de grens aan vanaf waar uit een zwart gat niets meer kan ontsnappen – zelfs het licht niet. In 1974 voegde Hawking aan dat plaatje van zwarte gaten voor het eerst ook de quantummechanica toe – iets dat leidde tot een discussie over de aard van zwarte gaten. -Waarom leidde het toevoegen van de quantummechanica tot een discussie? Omdat de quantummechanica niet goed overweg kan met de algemene relativiteitstheorie. In het geval van zwarte gaten zijn beide theorieën relevant, iets dat een beschrijving erg lastig maakt. Toen Hawking de quantumfysica op zwarte gaten toepaste, kwam hij erachter dat ze niet helemaal ‘zwart’ zijn. In plaats daarvan stralen zwarte gaten een beetje. Die straling is ‘hawkingstraling’ gaan heten. Die straling zorgt ervoor dat zwarte gaten met de tijd langzaam zullen krimpen en verdampen. -Okay, dus zwarte gaten zijn niet onsterfelijk. Is dat erg? Het bestaan van hawkingstraling impliceert ook dat wanneer een zwart gat sterft, het alle informatie in dat zwarte gat met zich meeneemt. Dat is in de quantummechanica echter absoluut onacceptabel. Die theorie stelt dat informatie over materie nooit verloren gaat, zelfs niet wanneer die materie een zwart gat in valt. Sommige theoretici probeerden die zogeheten ‘informatieparadox’ op te lossen door toe te staan dat informatie uit zwarte gaten kan ontsnappen terwijl dat gat aan het verdampen is. Hawking was het daar niet mee eens – tot hij dertig jaar later zelf aantoonde dat dit mogelijk moest. -Dus nu is iedereen het eens over zwarte gaten? Niet echt. Ze hebben een nieuw probleem: de zogeheten firewall-paradox. Een groep hebben gesuggereerd dat de informatie die een zwart gat verlaat zulke enorme hoeveelheden energie opwekt dat er letterlijk een muur van vuur om de waarnemingshorizon van een zwart gat moet ontstaan. Die vuurmuur zou alles consumeren dat in het zwarte gat valt. Dat breekt echter weer een regel van de algemene relativiteitstheorie die stelt dat bij het oversteken van de grens van de waarnemingshorizon van een zwart gat niets gebeurt – vandaar de paradox. -Kortom: het gaat weer eens om een botsing tussen de quantumfysica en de algemene relativiteitstheorie? Inderdaad. Eentje zou fout zijn, daarom zijn fysici al een tijd bezig om een compromis te zoeken dat deze problemen weet op te lossen. Nu is Hawking zich met die discussie gaan bemoeien. Zijn oplossing is: het idee van de waarnemingshorizon te schrappen. -Wacht eens even… betekent dat dat je dus wél uit een zwart gat zou kunnen ontsnappen? Bingo. Althans: in theorie. In de praktijk zou je vermoedelijk wel met de lichtsnelheid moeten reizen om dat voor elkaar te krijgen. ‘Het gebrek aan een waarnemingshorizon betekent dat er geen zwarte gaten bestaan – in de zin van gebieden waaruit geen licht kan ontsnappen’, schrijft Hawking in zijn artikel – de bron voor media dat Hawking het idee van zwarte gaten volledig overboord heeft gegooid. Dat is echter niet zo, want in hetzelfde artikel stelt Hawking voor de waarnemingshorizon te vervangen door een ‘schijnbare horizon’ – een oppervlak dat licht weet te vangen maar dat dankzij quantumfluctuaties ook zo van vorm kan veranderen dat het in theorie mogelijk is dat licht weer aan de horizon ontsnapt. -Zijn die twee horizonnen nu echt zo verschillend? Dat is nog onduidelijk. Hawking en zijn collega Roger Penrose, hebben al eerder de algemene relativiteitstheorie gebruikt om aan te tonen dat de twee horizonnen eigenlijk hetzelfde zijn. In zijn meest recente artikel stelt Hawking nu echter voor dat de quantummechanica ervoor zorgt dat beide horizonnen toch verschillend zijn. -Ah, dus dat is dan het nieuwe van zijn artikel? Niet helemaal. De belangrijkste bijdrage van zijn artikel is een poging om deze ideeën te gebruiken om de Firewall-paradox op te lossen. Door de waarnemingshorizon uit het plaatje te verwijderen, zal ook de vuurmuur verdwijnen. Dat zou normaal gesproken betekenen dat quantuminformatie verloren gaat, maar volgens Hawking hoeft dat niet het geval te zijn. Hij stelt voor dat de structuur van een zwart gat net onder de horizon chaotisch is. Met andere woorden: de informatie gaat alleen verloren in de zin van dat het heel erg moeilijk wordt om te interpreteren, maar het wordt niet echt vernietigd -Heeft hij gelijk? Heeft Hawking de paradox nu opgelost? Het artikel van Hawking is heel kort – slechts twee pagina’s zonder berekeningen. Dat maakt het moeilijk om sterke conclusies te trekken. Toch is er al wel de nodige skepsis -Maakt het uit of Hawking gelijk heeft? Als zwarte gaten er inderdaad zo uit zien als hij beschrijft, kan dat leiden tot een beter begrip van de quantummechanica en de algemene relativiteitstheorie. ‘We zouden nieuwe fysica kunnen leren kennen, die mogelijk grote gevolgen kan hebben voor de niet-triviale structuur van het universum’, zegt Braunstein. Maar hij voegt daar ook aan toe dat het net zo goed zou kunnen dat dat niet gebeurt. 5. formuleer leerdoelen 1. 2. 3. 6. Beantwoord je leerdoelen 1. 2. 3. 7. Schrijf een korte samenvatting van de 'oplossing' van dit probleem Nee, Stephen Hawking zegt niet dat zwarte gaten niet bestaan. Hij zegt alleen dat het misschien mogelijk is dat de bestaande conventies over zwarte gaten niet helemáál kloppen. Dat ze misschien toch anders zijn. Maar hij voegt verder geen berekeningen of bewijzen toe, dus alleen de toekomst kan uitwijzen of hij gelijk heeft. Bronvermelding: http://www.newscientist.nl/nieuws/stephen-hawkings-radicale-idee-over-zwarte-gaten/
