Går det att vända på Einsteins formel?

Svar: Visst sker den omvända processen och den sker på många ställen i universum. Men låt oss ta det från början. Vad Einsteins ekvation E= mc² säger är att materia är en form av energi och vi kan därför, möjligen lite slarvigt, tala om materia och strålning som två former av energi, där den ena kan omvandlas till den andra. Einsteins ekvation innebär bland annat att man kan uttrycka en massa i energienheter. Till exempel är massan hos en elektron 9,1∙10^-31 kilo, vilket med Einsteins formel är detsamma som 8,2∙10^-14 J eller 511 keV (kiloelektronvolt).

Just elektroner, som ju är materia, kan uppstå genom en process som kallas parbildning. Gammastrålning – som exempelvis uppstår i samband med radioaktivt sönderfall – kan betraktas som små energipaket som kallas fotoner. När en foton träffar materia, kan den omvandlas till elektroner. Det bildas en elektron och en antielektron – en positron. Därav namnet parbildning. En viktig förutsättning för parbildning är att fotonen har tillräckligt hög energi – minst dubbla elektronmassan eller 1 022 keV. Fotonenergin hos synligt ljus är som en jämförelse i storleksordningen 1 eV. Parbildningsprocessen utnyttjas bland annat för detektion av gammastrålning. Omvandling av materia till strålning, och tvärtom, sker också rutinmässigt när forskare gör experiment i partikelacceleratorer.

Svarta hål bildas när tunga stjärnor kollapsar till ett tillstånd som vi vet väldigt lite om i dag. Fysikern Stephen Hawking visade teoretiskt att svarta hål bör sända ut strålning i form av partiklar. I universums vakuum bildas och förintas ständigt partiklar parvis (genom en annan process än parbildning). Dessa partiklar lever dock så kort tid att de inte går att observera. Därför kallas de för virtuella partiklar. Men i närheten av ett svart hål kan det hända att den ena partikeln i paret försvinner i hålets händelsehorisont, medan den andra blir kvar utanför. Denna partikel kan då inte förintas och blir därför en partikel på riktigt – en reell partikel. Den skulle kunna observeras som partikelstrålning från det svarta hålet. Men denna så kallade Hawkingstrålning är än så länge en teoretisk konstruktion och det återstår att bevisa dess existens. De partiklar som sänds ut har en massa, men ändrar inte det totala energiinnehållet i universum, eftersom det strålande svarta hålet minskar sin massa i samma grad.

Ane Håkansson, professor vid Institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet.