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I fisici hanno confermato una delle teorie di Hawking sui buchi neri

Stephen Hawking è famoso nel mondo per le sue ricerche sui buchi neri. È morto nel 2018.

Una delle sue teorie afferma che l’area di un buco nero non potrebbe mai essere più piccola. Questa si chiama teoria dell’area.

Questa teoria in seguito lo ha portato a suggerire che i buchi neri devono emettere una qualche forma di radiazione. Tra i fisici, ecco cos’è più popolare.

Nel 2015, i ricercatori dell’osservatorio LIGO negli Stati Uniti hanno registrato onde gravitazionali per la prima volta. Due buchi neri orbitano strettamente l’uno intorno all’altro e si fondono insieme. Crea oscillazioni nella stanza stessa.

Quando Stephen Hawking ha appreso la grande notizia, ha chiamato uno dei fondatori di LIGO, Cape Thorne. La domanda che ha posto era se l’osservazione potesse confermare la teoria dell’area, secondo Articolo del Massachusetts Institute of Technology.

Ora i ricercatori hanno la risposta. Usando la prima osservazione delle onde gravitazionali, hanno confermato che l’evento era coerente con la teoria di Hawking.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista messaggi di revisione fisica.

L’orizzonte degli eventi è diventato più ampio

La teoria dell’area afferma che l’area dell’orizzonte degli eventi di un buco nero non può diventare più piccola nel tempo, solo più grande. All’interno dell’orizzonte degli eventi, si dovrebbe viaggiare più veloci della luce per fuggire. Quindi non emette nulla, nemmeno la luce.

I ricercatori dietro il nuovo studio hanno esaminato se la teoria di Hawking fosse corretta quando due buchi neri si sono uniti.

Perché la teoria regga, l’area dei due buchi neri e l’uno dell’altro non deve essere maggiore dell’area del nuovo buco nero.

E questo era vero. I buchi neri ammontavano a 235.000 chilometri quadrati. Dopo la fusione, il nuovo buco nero aveva un’area di 367.000 chilometri quadrati.

I ricercatori hanno anche in programma di esaminare altri segnali delle onde gravitazionali per vedere se trovano la stessa cosa.

Il fisico britannico Stephen Hawking è noto soprattutto per le sue ricerche sui buchi neri.

Memoria di legge in termodinamica

Il fatto che l’orizzonte degli eventi di un buco nero debba essere sempre più ampio ci ricorda un’altra importante dottrina in fisica: la seconda legge della termodinamica. Dice che l’entropia di un sistema isolato non può mai essere diminuita.

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L’entropia è spesso descritta come una misura del disordine. È molto probabile che quando verserai il latte nel caffè, si allargherà nel caffè fino a quando non sarà più cremoso, piuttosto che il latte intero rimarrà grumoso nel mezzo. Un altro esempio è che il calore sarà distribuito da qualcosa di caldo a qualcosa di freddo finché la sua temperatura non sarà uguale.

Uno dei ricercatori dietro il nuovo studio, Maximiliano Essi, ha scritto in una e-mail a Forskning.no che la teoria della regione di Hawking è fondamentale per la moderna comprensione dei buchi neri. Essie è un borsista post-dottorato presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research presso il Massachusetts Institute of Technology.

Il fatto che la superficie di un buco nero non possa mai diminuire riflette la seconda legge della termodinamica che afferma che l’entropia, il grado di disordine in un sistema, non può mai affondare. Rivela che i buchi neri sono corpi termici, che hanno profonde implicazioni per le proprietà quantistiche del tempo.

Il calore è correlato alla temperatura e al calore.

La consapevolezza che la loro area non poteva diminuire ha portato alla realizzazione che i buchi neri hanno una temperatura e possono evaporare quando emettono radiazioni di Hawking, dice Issey.

Ha studiato i “toni” nelle onde gravitazionali موجات

I ricercatori sono stati in grado di determinare la dimensione dei buchi neri osservando il segnale delle onde gravitazionali.

L’area è determinata dalla rotazione del buco nero, cioè dalla velocità con cui ruota, e dalla sua massa.

La rotazione fa sì che il buco nero si comprima leggermente in alto e in basso, e la forma della sfera diventa più allungata. Essie scrive in un’e-mail che questo riduce la superficie.

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I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo di analisi per calcolare la massa e la rotazione dei buchi neri prima e dopo la fusione. Lo hanno fatto usando i dati delle onde gravitazionali.

Issey ha spiegato che mentre orbitano l’una intorno all’altra sempre più velocemente, le onde gravitazionali si amplificano sempre di più fino a quando alla fine affondano l’una nell’altra, dando alle onde la più grande eruzione. Sesamo Scienza dal vivo.

Quindi, ti rimane un buco nero più grande che vibra un po’ più tardi.

– È come suonare un campanello, i toni specifici e la durata del suono ti diranno di cosa è fatto il campanello e di cosa è fatto.

Si potrebbe immaginare che una collisione tra buchi neri farebbe ruotare il nuovo buco nero così rapidamente che l’area diventerebbe più piccola dei due combinati. Ma questo non era vero.

“Vuoi che giri di più, ma non abbastanza per compensare la massa che hai appena aggiunto”, ha detto Issy a WordsSideKick.com.

Non importa quello che fai, massa e rotazione faranno in modo che tu abbia più spazio.

Illustrazione di due buchi neri in procinto di avvolgersi l'uno intorno all'altro durante la creazione di onde gravitazionali nello spazio.

Illustrazione di due buchi neri in procinto di avvolgersi l’uno intorno all’altro durante la creazione di onde gravitazionali nello spazio.

– Emozionante

Øystein Elgarøy è Professore nel Dipartimento di Astrofisica Teorica dell’Università di Oslo. Pensa che il risultato sia interessante.

– È molto eccitante che le onde gravitazionali ci diano l’opportunità di testare risultati fondamentali nella relatività generale come la teoria dei buchi neri della regione di Hawking, ha scritto in un’e-mail a forskning.no.

Questa teoria fu l’inizio di una serie di lavori culminati nella teoria di Hawking secondo cui i buchi neri non sono completamente neri, ma emettono radiazioni.

Hawking ha mostrato che i buchi neri non possono contrarsi secondo la relatività generale. La teoria della relatività generale riguarda lo spazio, il tempo e la gravità.

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Hawking in seguito scoprì qualcosa di strano. Utilizzo della meccanica quantistica nei calcoli Potresti I buchi neri si stanno riducendo. La meccanica quantistica descrive ciò che accade a livello micro tra le particelle.

Hawking ha teorizzato che i buchi neri emettano radiazioni a causa di effetti quantistici vicino all’orizzonte degli eventi. Nel tempo, il buco nero si restringe e scompare. Ma ci vuole molto tempo, molto più lungo dell’età dell’universo. La teoria non è stata dimostrata.

Queste teorie sui buchi neri hanno messo gli scienziati su un percorso paradossale. La meccanica quantistica dice che le informazioni non possono scomparire. La radiazione di Hawking sembra essere casuale e non contiene informazioni su ciò che è caduto nel buco. Dove vanno le informazioni una volta che il buco nero scompare? Questo è chiamato il paradosso dell’informazione.

contraddittorio

Sono ossessionato da queste cose a causa di quanto siano incoerenti. È molto misterioso e confuso, ma allo stesso tempo sappiamo che è la cosa più semplice là fuori, dice Isi a WordsSideKick.com.

I buchi neri possono essere descritti utilizzando solo tre valori: massa, spin e carica. Eppure è pieno di segreti. Potrebbero essere la chiave per scoprire una nuova fisica.

Tutte queste idee sui buchi neri sono a loro volta alcuni dei pochi indizi che abbiamo nella ricerca di una teoria che unisca la teoria generale della relatività con la fisica quantistica, afferma Austin Elgaroy.

Gli scienziati non sanno esattamente cosa sta realmente accadendo all’interno di un buco nero. Per scoprirlo, probabilmente hanno bisogno di una teoria su Gravità quantistica. Poteva unire la teoria della relatività generale di Einstein con la fisica quantistica.

Il fatto che la teoria dell’area possa ora essere testata sperimentalmente è un segno che siamo in un momento molto eccitante per la fisica, grazie alle onde gravitazionali, dice Elgarøy.

Riferimento:

Maximiliano Isi, Will M. Farr, Matthew Giesler, Mark A. Scheel e Saul A. Teukolsky: «Black Hole Region Law Test Using GW150914», Physical Review Letters, 1. Julie 2021. Sommario.

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