Verden På Formler II: Stephen Hawking og Sorte Huller

Den engelske fysiker Stephen Hawking er i den brede offentlighed kendt for at være lænket til en kørestol og ude af stand til at bruge kroppen. Sklerosesygdommen har dog ikke afholdt ham fra at forske, skrive bøger og undervise, og han betragtes i dag som en af verdens førende fysikere.

Et af Hawkings største resultater er den ovenfor viste formel for entropien S for et sort hul, som han lancerede i 1975, k’et er Boltzmanns konstant, som man også bruger i termodynamikken, lp er den såkaldte plancklængde, som er et uhyre lille tal, der illustrerer problemet med at kombinere tyngdekraft og relativitetsteori, og A’et er arealet af det sorte hul.

Hullet i Mælkevejen
Allerede i begyndelsen af 1970’erne fremkom de første teorier om sorte hullers mikroskopiske egenskaber, men mange forskere var skeptiske. I dag ved vi, at et sort hul opstår, når tilstrækkeligt mange udslukte sole inden for et bestemt område forenes i et massivt objekt, som har så stor tyngdekraft på overfladen, at lyset ikke kan undslippe, fortæller Ulrik Uggerhøj, lektor i fysik ved Aarhus Universitet.

“Derfor kan vi ikke se lyset, og derfor aner vi ikke, hvad der foregår under hullets overflade – den såkaldte begivenhedshorisont”, siger han og tilføjer, at der findes utallige sorte huller i universet, herunder et enormt et af slagsen i centrum af vores egen Mælkevej.

Astronomisk uorden
I begyndelsen af 1970’erne opdagede den amerikanske fysiker John Wheeler (1911-2008), at man kan beskrive et sort hul perfekt ud fra, hvad det vejer, hvilken ladning det har, og hvor hurtigt det roterer. Senere fremsatte hans student, den israelske fysiker Jacob Bekenstein (1947-), en teori om, at sorte huller besidder uorden, den såkaldte entropi, fortæller Ulrik Uggerhøj.

“Samtidig var Hawking selv fremkommet med teorier om, at hvis to sorte huller kolliderer, bliver slutresultatet altid et sort hul med et større areal end kollisionsparterne. Det bragte ham til den slutning, at der var en forbindelse til termodynamikken, hvor entropien, der er et mål for uorden i et lukket system, kun kan vokse – på samme måde kan arealet af et sort hul kun vokse”.

Det var ved at sammenholde disse forskellige teorier, at Hawking nåede frem til sin formel for entropien for et sort hul. Han påviste bl.a., at et sort hul har en temperatur og dermed entropi.

“Det var chokerende for videnskaben, at sorte huller i stedet for at være meget ordentlige og forudsigelige objekter nu pludselig repræsenterede en astronomisk uorden”, fortsætter Ulrik Uggerhøj.

Teorien om alting
Hawkings forskning udbyggede også videnskabens forståelse af tidsbegrebet. Et rumskib bevæger sig mod et sort huls begivenhedshorisont og videre mod hullets centrum i løbet af fx én time. Men udefra set vil rejsen slet ikke foregå, fordi det vil tage rumskibet uendelig lang tid blot at gennemtrænge overfladen.

“Set udefra står tiden stille på overfladen, men set fra rumskibet tikker den af sted. Det er relativitet drevet til det alleryderste”, siger Ulrik Uggerhøj, der også slår fast, at Hawkings forskning endvidere har bragt menneskeheden et skridt videre mod forståelsen af andre store spørgsmål.

“Et sort hul er et resultat af noget, der kollapser, mens universet som et hele er resultatet af det modsatte – af noget, der udvider sig. Når vi for alvor forstår sammenhængen mellem de to ting – sandsynligvis ved at kombinere relativitetsteori og kvantemekanik – har vi fundet den hellige gral. Det, man populært kalder “teorien om alting”. Men gennembruddet står ikke ligefor”.