Svarta hål

Både i "Kosmos" och "Universums hemligheter" skriver Hawking att man måste kombinera den allmänna relativitetsteorin med osäkerhetsrelationen för att försöka lösa problemen med singulariteter. Och om man börjar med att kombinera kvantmekanik med Einsteins relativitetsteorier kommer man dessutom fram till en annan sak, nämligen att svarta hål inte är helt svarta.De har strålning. (Det står mer om det i stycket om Hawkingstrålning)

Dessutom kommer man fram till att universum skulle vara helt självtillräckligt och inte ha någon gräns.

Om universums begynnelse och det innersta av ett svart hål skulle vara en singularitet, vilket det skulle om man utgick från den allmänna relativitetsteorin, så skulle singulariteten ha oändlig masstäthet och oändlig rumtidskrökning. Alla naturlagar skulle bryta samman i en sådan punkt. Men Stephen Hawking skriver att i kvantteorin behöver inte singulariteterna vara singulariteter.

Han har en ide för att formulera en kvantteori för gravitationen enligt summor över historier. Så här är det: En partikel, enligt kvantfysiken, har inte bara en enda historia, den skulle istället ha en historia för varje tänkbar väg den skulle kunna följa i tiden och rummet. Och med var och en av dessa tänkbara vägar associeras två tal. Ett för vågens storlek och ett för dess position i cykeln (en fas). Sannolikheten för att partikeln exempelvis går igenom en viss punkt, finner man genom att summera de vågor som är associerade med varje tänkbar historia som går igenom just den punkten. Men det är inte helt lätt, för man måste addera vågorna för partikelhistorier som inte finns i den "reella" tiden, utan som äger rum i "imaginär" tid.

Om man vill förstå vad imaginär tid är, kan man tänka på imaginära tal. Reella tal är sådana som man vanligen räknar med. Om man multiplicerar ett reellt tal med sig själv, blir produkten positiv, (tex 2 x 2 = 4), även för negativa reella tal multiplicerade med sig själva, blir produkten positiv (tex - 2 x - 2 = 4). Men för imaginära tal blir produkten av två positiva tal negativ. (tex 2i x 2i = -4).

Den imaginära tiden är som den reella tiden, det är bara det att den räknas med imaginära tal. Och imaginära tal är inte så konstiga egentligen: "i" betyder bara kvadratroten ur -1. Och effekten blir att skillnaden mellan rum och tid försvinner.

Om allt detta står det i Stephen Hawkings "Kosmos". Det står också en fortsättning: I den klassiska gravitationsteorin, som är grundad på reell rum och tid (inte imaginär), finns det bara två möjliga sätt som universum kan bete sig på: Antingen har det existerat oändligt länge, eller så har det en början i en singularitet, vid någon ändlig tidpunkt i det förgångna. I kvantteorin för gravitationen finns det däremot ett tredje möjligt sätt att tänka: Eftersom vi använder euklidska rumtider, där tidsriktningen har samma status som rumsriktningen, är det möjligt för rumtiden att vara ändlig i sin utsträckning och ändå inte ha några singulariteter som bildar en gräns eller kant. Rumtiden kan vara som jordens yta, fast med ytterligare en dimension. Om den euklidska rumtiden sträcker sig bakåt i oändlig imaginär tid eller om den börjar med en singularitet. i imaginär tid, så är det samma problem som i den klassiska teorin, att det är svårt (omöjligt) att förstå universums början i rum och tid. Men enligt gravitationens kvantteori finns det en möjlighet att man inte behöver specificera beteendet vid gränsen.

Bara om man kan mäta universum i imaginär tid, skulle man slippa singulariteterna. Universum är ändligt i imaginär tid, men utan gränser, kanter eller singulariteter. Stephen Hawking kallar den här teorin för en gränsfrihetsteori

Det svarta hålet då? Om det svarta hålet vore ett svart hål i imaginär tid, skulle det inte finnas någon singularitet där heller. Därför skulle man kunna tänka sig att det egentligen är den imaginära tiden som är den reella och att det som vi kallar för reell tid egentligen är någonting annat.

Den imaginära tiden går inte att skilja från riktningar i rummet. Om man kan gå norrut, kan man också gå söderut. Om man kan gå framåt i imaginär tid, måste man också kunna gå bakåt i imaginär tid.

Det är enligt Stephen Hawking bara möjligt att komma runt svårigheterna med att prata om något vi inte vet vad det är, genom att förutsätta att det är gränsfrihetsteorin som gäller: Historien har ändlig utsträckning, men den har inga gränser, kanter eller singulariteter. Om man tänker så blir tidens början en jämn, symmetrisk punkt i tid och rum, (man kan jämföra det jordklotet, som inte heller har några speciella punkter, inte ens på norpolen eller sydpolen, fast de ju ändå är poler.) Universum måste i så fall ha börjat sin utvidgning i ett jämnt och välordnat tillstånd. Men det skulle inte ha kunnat vara helt likformigt, för detta strider mot kvantteorins osäkerhetsrelation . Det måste ha funnits små fluktuationer hos partiklarnas täthet och hastighet.

Stephen Hawking har blivit anklagad för att den här teorin skulle vara förvirrad. och den är ju inte helt enkel. I "Svarta hål och universums framtid" skriver han själv att det var svårt att skriva ner den här teorin på ett begripligt sätt, så att även amatörer kunde förstå den. I den boken visar det sig också att han är arg på en sorts filosofer som heter vetenskapsteoretiker, och bara för att förvirra de som läser den här hemsidan ska jag dra in lite vetenskapsteori. Stephen Hawkings skriver att vetenskapsteoretiker är en sorts misslyckade filosofer. Nu är det så att jag har läst vetenskapsteori. Och just det här försöket att beskriva en kombination av kvantfysik och relativitetsteorierna påminner mig om cirkelargumenteringar. Om en teori är sluten i en cirkel, så att den bevisar sig själv, så brukar den inte betraktas som trovärdig (om inte cirkeln är väldigt stor).
Och jaa...

Tillbaka