Hawking changes his mind about black holes


Published online: 15 July 2004; | doi:10.1038/news040712-12

Physicist plans to pay up on long-standing bet.

Stephen Hawking has admitted he was wrong

The eminent physicist Stephen Hawking has conceded that information can escape from black holes after all. The idea has been gaining popularity with physicists for some time, but the fact that Hawking, a pioneer of black-hole theory in the 1970s, has finally accepted it is something of a watershed.

"This will come as a surprise to physicists," says Hawking's Cambridge University colleague Gary Gibbons. "His style of doing science is quite dramatic: he will propose a thesis and defend it to the last, until it is overthrown by better reasoning."

It also means that Hawking loses a long-standing bet with John Preskill, a theoretical physicist at the California Institute of Technology, Pasadena.

Hawking had believed that anything swallowed by a black hole was forever hidden from the outside universe. Preskill bet that the information carried by an object was not destroyed when it plummeted into a collapsed star, and could actually be recovered.

"Stephen has changed his position, and I am expecting him to concede the bet," Preskill says. His prize is to be an encyclopaedia, "from which information can be recovered at will". Hawking says that he will indeed honour the wager.

General approach

Hawking's original view follows Einstein's general theory of relativity, which predicts that, at certain locations in space, matter collapses into an infinitely small and dense point, called a singularity. The theory says that the force of gravity at this point is so great that nothing, not even light itself, can escape, hence the term 'black hole'.

Because the singularity is infinitely small, it cannot possibly have any structure and so there is no way that it can hold information. Any data about particles entering the black hole must be lost forever.

The problem is that quantum theory, which describes space and matter on very tiny scales, contradicts this. Quantum theory says any process can be run in reverse, so starting conditions can theoretically be inferred from the end products alone. This implies that a black hole must somehow store information about the items that fell into it.

Quantum evolution

Hawking has always stuck resolutely to the idea that once information goes into a black hole, there is no way out. Until now. When news@nature.com asked about his change of heart, Hawking smiled and wrote: "My views have evolved."

The remarkable about-face is the result of Hawking's attempts to combine quantum theory with general relativity in a powerful new theory of quantum gravity. Hawking is due to present his latest ideas at the 17th International Conference on General Relativity and Gravitation, which runs from 18 July to 23 July in Dublin, Ireland. But he gave a preview of the talk at his department in Cambridge University last month.

He has been using a mathematical technique called the "Euclidean path integral". The technique is extremely complex as it lumps all the possible histories of a system into one equation. First used by quantum physicist Richard Feynman, it has generally been applied to subatomic particles. But Hawking has been working for several years to apply the idea to black holes.

"The view seems to be forming in his mind that there isn't a black hole in the absolute sense, there's just a region where things take a very long time to escape," says Gibbons. This suggests that black holes do not actually narrow to a singularity at all.

The great escape

So an object falling into a black hole is not completely obliterated. Instead, the black hole is altered as it absorbs the object. Although it would certainly be very difficult to retrieve any information about that object, the data are still there, somewhere inside the black hole, Gibbons says.

How could that information ever escape? The answer lies in one of Hawking's greatest discoveries: that black holes slowly evaporate into space by losing particles from the very edge of the gravitational precipice at their rim, called Hawking radiation. The black hole eventually shrinks to a tiny kernel, at which point a growing torrent of radiation begins to leak out, potentially carrying the lost information with it.

But Preskill says that Hawking's new take on quantum gravity rests on shaky mathematical foundations, and is unlikely to be embraced by the physics community. "I am sceptical about whether he has found a fully satisfactory resolution to the problem," he says.
From http://www.nature.com/news/2004/040712/full/040712-12.html#top


L'investigador va mantenir el sentit de l'humor mentre rebatia la versió que el va fer famós al món

Hawking corregeix la teoria dels forats negres en un congrés de física a Dublín

Desmenteix que no es pugui accedir a la informació sobre el que contenen

Conxa Rodríguez
CORRESPONSAL LONDRES

El científic britànic Stephen Hawking, acadèmic de la universitat anglesa de Cambridge, va presentar ahir en una sala plena de gom a gom una nova versió de la seva teoria dels forats negres. Hawking va admetre en un congrés de física moderna a Dublín que ha estat errat durant els darrers trenta anys. La nova teoria del científic es basa en el fet que els forats negres de l'espai, al contrari del que havia postulat fins ara, contenen, preserven i emeten informació. Fins ara el científic defensava que no es podia accedir a la informació sobre el que anava a parar a dins dels forats negres.

"Vull informar que crec que he resolt un dels grans problemes de la física teòrica". Així va començar el físic el seu discurs davant dels assistents al 17è Congrés sobre Relativitat i Gravitació General, que esperaven amb candeletes la conferència, després que Hawking anunciés fa uns dies que presentaria la nova teoria en aquesta reunió.

Aficionats a la ciència-ficció

"Em sap greu decebre els aficionats a la ciència-ficció, però la informació es preserva [dins dels forats negres] i no hi ha possibilitat de fer servir els forats negres per viatjar a altres universos", va dir fent broma. Al llarg d'una exposició de més d'una hora, Hawking va reconsiderar la seva teoria, exposada en diversos llibres que el van fer mundialment conegut, com ara Una breu història del temps. El físic sosté ara que els forats negres emeten unes radiacions -l'anomenada radiació Hawking- que permeten descobrir-ne el contingut. Fins ara es creia que aquests forats eren regions espacials en què la informació sobre el que hi accedia desapareixia per sempre. Fins i tot que eren les portes cap a altres mons paral·lels al nostre univers.

El científic, de 62 anys, pateix una malaltia degenerativa que el manté lligat a una cadira de rodes i es comunica a través d'un aparell. L'organització del congrés va anunciar ahir que el treball complet de Hawking es publicarà aviat en espais d'Internet especialitzats.

Després de la conferència, Hawking va procedir a saldar un deute amb el científic nord-americà John Preskill, amb qui havia fet una aposta l'any 1997, quan Hawking encara defensava la versió antiga de la teoria dels forats negres. Hawking va regalar a Preskill una enciclopèdia sobre beisbol. Si hagués guanyat l'aposta, Preskill l'hauria d'haver compensat amb una enciclopèdia de criquet.


(C) Diari AVUI, 22-07-2004

"Mai podrem saber què passa dins d'un forat negre"

Clifford Martin Will Professor de física de la Universitat de Washington

Lluís Martínez

Per què és tan important estudiar la naturalesa dels forats negres?

Pensem que són molt comuns a l'Univers. Els astrònoms volem saber on són, quines propietats tenen i si la teoria d'Einstein sobre la relativitat general és la manera correcta de descriure'ls.

Quants forats negres deu haver-hi en la nostra galàxia?

No se sap del cert. És una cosa molt poc segura. Però pensem que n'hi ha prou perquè sigui interessant estudiar-los.

¿És veritat que al centre de la nostra galàxia hi ha un forat negre?

És força segur. Hi ha moltes proves recollides pels astrònoms que diuen que al centre de la nostra galàxia hi ha un forat negre amb una massa equivalent 3,6 milions de vegades a la massa del nostre sol.

I com ho saben? D'aquí al centre hi ha més de 27.000 anys llum...

Perquè podem veure estrelles orbitant molt ràpidament a l'entorn d'aquest forat negre...

La dècada dels setanta i els vuitanta va ser una època daurada en la teoria dels forats negres. Que hem après des de llavors?

Els astrònoms han descobert moltes més proves de la seva existència i estudien si emeten rajos X i rajos gamma. En el futur esperem estudiar les seves ones gravitatòries. Per això hem celebrat una conferència al CosmoCaixa de Barcelona.

¿Aquestes ones gravitatòries, poden arribar a afectar-nos?

No. Són molt dèbils. Són tan dèbils que fins i tot és difícil detectar-les i aquest és el motiu pel qual observatoris de tot el món, amb materials de mesura molt precisos, treballen per detectar-les.

Les ones de gravitació són ones o partícules?

Si ho mirem des d'una perspectiva quàntica, tot pot ser una ona o partícula. La llum és ona o partícula en funció de les mesures que s'utilitzin.

Per què és important estudiar aquestes ones?

Perquè així aconseguirem una imatge de l'Univers diferent de la que ens proporciona la llum o altres radiacions. Podrem veure l'Univers segons la imatge proporcionada per les ones gravitatòries. Com he dit, hi ha diversos observatoris a la Terra que s'hi dediquen.

Com podem conèixer un fenomen que per definició no deixar escapar cap senyal?

Tot el que sabem sobre els forats negres procedeix de fora. Mai podrem saber res sobre què passa a dins. Usant la teoria d'Einstein i les matemàtiques podem calcular què passa, però no es pot fer cap observació directa.

Morirà la nostra galàxia en un forat negre?

És molt poc probable. Els forats negres no són aspiradores. No absorbeixen tot el que hi ha a l'entorn. Només són perillosos si un planeta s'hi apropa, perquè la gravetat és tan forta que pot fer-lo caure a dins. Però si orbita a una distància suficient, no hi ha diferència entre un forat negre i una estrella de massa similar.

¿Els forats negres també obeeixen les lleis de la termodinàmica? Sobretot la que diu que el grau d'energia aprofitable d'un sistema disminueix amb el pas del temps...

Hi ha una idea de Stephen Hawking que diu que els forats negres poden variar de temperatura i evaporar-se. Per tant, es regirien per les lleis de la termodinàmica, com la resta de la matèria. Però des d'una perspectiva astrofísica, i parlo dels forats que ens interessen, aquesta evaporació és mínima. Un forat negre amb una massa com la del sol no es pot evaporar. El procés és molt lent i mai s'arribaria a produir del tot.

He llegit que hi ha forats negres de la mida d'un àtom...

Són especulacions. Els miniforats negres no es poden crear amb processos ordinadors, en l'Univers actual. Perquè es generi un forat negre cal una massa molt gran que es col·lapsi. S'ha especulat que després del Big Bang es van generar forats d'aquesta mida que encara existeixen avui en dia. Però hi ha poques proves que això sigui així.

També s'especula que tota l'energia que absorbeix un forat negre va a parar a un univers paral·lel.

Segons la teoria general de la relativitat, aquesta és una possibilitat exòtica i no es pot donar.

Es pot viatjar en el temps?

He, he! Ja ho fem. Ara mateix viatgem cap al futur. Però, en canvi, pensem que no és possible viatjar cap al passat.

Hi ha infinits universos?

No ho sabem. Només podem parlar de l'Univers que veiem. Te 15.000 milions d'anys, perquè només podem veure senyals de fa 15.000 milions com a màxim. El nostre univers observable és finit, encara que l'Univers sigui infinit.

Quins misteris amaga l'Univers?

Primer, que el seu procés expansiu s'accelera. Cada cop es fa més gran i de manera més ràpida. No sabem què provoca l'acceleració. Segon, la matèria fosca. Pensem que és el 30 per cent de la matèria total de l'univers. Sabem que existeix per la gravetat que hi ha a les galàxies i agrupacions d'estrelles, però ignorem què és. Una nova partícula elemental? No ho sabem.

(c) Diari AVUI - 14 Juliol 2008