Et glimt af kvantegravitation

Af Herbert F. Kristiansen 25-04-2008

Illustration: DJ Jeffrey WU 2005

Et sort hul udsender som bekendt ikke lys men i 1974 viste Stephen Hawking, at et sort hul ikke behøvet en skive af materie for at tilkendegive dets tilstedeværelse. Men hvordan nu det? Jo i kvantemekanikken er det sådan, at der opstår par af partikler fra vakuuet selv blot så længe de har en levetid der overholdes af Heisenbergs usikkerhedsrelationer. Et eksempel kunne det være dannelsen af en elektron og en positron (dvs. dets antipartikel) der lever i kort tid som følge af usikkerhedsrelationerne for derefter at forsvinde ved, at de annihilere dvs. der støder sammen og danner en foton.

Disse "virtuelle" partikler som de også kaldes er blevet eksperimentelt eftervist et hav af gange og derfor er man ganske sikker på, at dette lidt mærkelige fænomen er tilstede. Faktisk opstår der et hav af virtuelle partikler, mens du sidder og læser mine ord! Men Hawking tænkte hvad nu hvis disse partikel-par opstår nær et sorthuls begivenhedshorisont hvad vil der så ske?

Efter et hav af kalkulationer hvor både elementer fra den almen relativitetsteori og kvantemekanikken blev brugt kom han frem til en formel som faktisk viste, at et sort hul må have en temperatur! Når disse virtuelle partikler opstår på randen af et sort hul så kan det tænkes, at den ene af partiklerne vil blive opslugt af det sorte hul mens den anden forsvinder væk med noget energi.

Men fra den klassiske mekanik ved man at energien ikke bare forsvinder og det gør den hellere ikke her. Den partikel der tænkes at slippe væk har faktisk noget af det sort huls energi med sig (se billedet). Da det sorte hul hele tiden forsøger, at være i termisk ligevægt med omgivelserne, så mister det sorte hul faktisk energi - lidt af gangen dog men det forsvinder! Et sort hul er defor også et perfekt sort legeme på samme måde som solen er det.  

Det interessante ved Hawkings beregninger var, at det faktisk gav anledning til en ny gren af termodynamik gældende for sort huller. Men som nævnt i starten skal man bruge både kvantemekanik og relativitet for at få disse resultater og de alene fortæller, at der et glimt af en teori om kvantegravitation.

se mere på på Wikipedia.