In chaotische systemen kan zelfs een kleine sprong een trapsgewijs effect veroorzaken dat het uiteindelijke resultaat beïnvloedt. Dit is vergelijkbaar met het vlindereffect, waarbij zelfs een klein vleugje vleugels kan leiden tot een orkaan aan de andere kant van de wereld.
Theoretisch natuurkundigen Douglas Stanford en Stephen Schenker hebben aangetoond dat zwarte gaten op kwantumniveau chaotisch gedrag vertonen vergelijkbaar met het vlindereffect. Veranderingen aanbrengen in een zwart gat - zelfs zo klein als een enkel deeltje erin laten vallen - kan zijn gedrag veranderen.
De sleutel tot het begrijpen van deze chaos is dat zwarte gaten niet helemaal zwart zijn. Ruimtereuzen zenden een vage waas van deeltjes uit - de overblijfselen van paren virtuele deeltjes verschijnen constant in de ruimte. Wanneer dit gebeurt aan de horizon van een zwart gat, kunnen sommige deeltjes ontsnappen en produceren wat tegenwoordig bekend staat als Hawking-straling. Het bestuderen ervan werpt licht op de chaotische aard van zwarte gaten. Stanford en Schenker schreven hierover in een paper gepubliceerd in de Journal of High Energy Physics in 2014.
Stel je voor dat je één elektron in een zwart gat gooit - een kleine verandering voor een monsterlijke reus. Dit kleine ding verandert echter de Hawking-straling, net zoals een vlinder met zijn vleugels klapt en de richting van een verre boot verandert.
Schematische beschrijving van Hawking-straling.
De toevoeging van een deeltje vergroot de massa van het zwarte gat en vergroot zijn waarnemingshorizon - de grens waarboven niets kan ontsnappen. Hawking-straling die anders zou zijn uitgezonden, blijft gevangen in het uitdijende zwarte gat. Wat een kleine verandering leek, heeft verstrekkende gevolgen: pure chaos.
Stanford breidde dit idee uit. Hij, Schenker en Juan Maldacena van het Institute for Advanced Study publiceerden in 2016 een paper in de Journal of High Energy Physics, waarin ze theoretisch aantoonden dat de gevolgen van zelfs een kleine verandering in een zwart gat zo snel als fysiek mogelijk toenemen. Deze toename van gevolgen maakt zwarte gaten tot het meest chaotische systeem.
Door het verband tussen kleine deeltjes en gigantische zwarte gaten te bestuderen, hopen wetenschappers het ingewikkelde conflict tussen de belangrijkste theorieën in de natuurkunde te ontrafelen. Het doel is om een theorie van kwantumzwaartekracht te formuleren door kwantummechanica en algemene relativiteitstheorie te combineren. Hun inconsistentie geeft aan dat er iets mis is in de kern van elke theorie. Stanfords nieuwe ideeën over zwarte gaten zullen wetenschappers helpen een oplossing te vinden.
Promotie video:
"Hij is misschien een van die zeldzame mensen die echt de richting van de wetenschap veranderen", zegt Schenker. "Ik kan niet wachten om erachter te komen of ik gelijk heb of niet."
Vladimir Guillen
