Materia wciągnięta przez czarne dziury może przenieść się w przyszłość, wypluć się z niej

  • Peter Tucker
  • 0
  • 4955
  • 819

Czarne dziury to jedne z najbardziej tajemniczych miejsc we wszechświecie; miejsca, w których sama struktura czasu i przestrzeni jest tak wypaczona, że ​​nawet światło nie może z nich uciec. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina w ich centrum znajduje się osobliwość, miejsce, w którym masa wielu gwiazd jest zgniatana do objętości o dokładnie zerowej wielkości. Jednak dwa ostatnie artykuły z zakresu fizyki, opublikowane 10 grudnia w czasopismach Physical Review Letters i Physical Review D, mogą skłonić naukowców do ponownego rozważenia tego, co naszym zdaniem wiemy o czarnych dziurach. Według gazet, czarne dziury mogą nie trwać wiecznie i możliwe, że całkowicie źle zrozumieliśmy ich naturę i to, jak wyglądają w środku. [Najbardziej odległe pomysły Stephena Hawkinga na temat czarnych dziur]

Krawędź fizyki Einsteina

Astronomowie i fizycy od dawna uważali, że idea osobliwości musi być po prostu błędna. Jeśli obiekt o masie nie ma rozmiaru, ma nieskończoną gęstość. I chociaż naukowcy rzucają wokół słowa „nieskończoność”, nieskończoności tego rodzaju nie istnieją w przyrodzie. Zamiast tego, kiedy napotykasz nieskończoność w prawdziwej, fizycznej, naukowej sytuacji, tak naprawdę oznacza to, że wypchnąłeś swoją matematykę poza sferę, w której się ona znajduje. Potrzebujesz nowej matematyki.

Łatwo jest podać znany przykład. Prawo grawitacji Newtona mówi, że siła przyciągania grawitacyjnego zmienia się wraz z kwadratem odległości między dwoma obiektami. Więc jeśli weźmiesz piłkę znajdującą się daleko od Ziemi, odczuje ona pewien ciężar. Następnie, gdy zbliżysz go do Ziemi, ciężar wzrośnie. Biorąc to równanie do skrajności, gdy zbliżasz obiekt do środka Ziemi, doświadczasz nieskończonej siły. Ale tak nie jest.

Zamiast tego, gdy zbliżasz obiekt do powierzchni Ziemi, proste prawo grawitacji Newtona przestaje obowiązywać. Musisz wziąć pod uwagę faktyczny rozkład masy Ziemi, a to oznacza, że ​​musisz używać różnych i bardziej złożonych równań, które przewidują różne zachowania. Podobnie, chociaż ogólna teoria względności Einsteina przewiduje, że w centrum czarnych dziur istnieje osobliwość o nieskończonej gęstości, nie może to być prawda. Przy bardzo małych rozmiarach do gry musi wejść nowa teoria grawitacji. Mamy ogólną nazwę dla tej nowej teorii: nazywa się ona grawitacją kwantową. [8 sposobów, w jakie można zobaczyć teorię względności Einsteina w prawdziwym życiu]

Nazwa grawitacja kwantowa oznacza po prostu „grawitację w najmniejszej skali”, ale to wyrażenie nie sugeruje żadnej konkretnej teorii. Jednakże sformułowano konkretne propozycje teoretyczne, które opisywałyby grawitację taką, jaka występuje w mikrokosmosie. Jedna z propozycji nosi nazwę pętli grawitacji kwantowej.

Pętla kwantowej grawitacji jest dobrze zdefiniowana matematycznie i wyraża strukturę czasoprzestrzeni jako sieć sieci spinowych, które ewoluują w czasie. Sieci spinowe to po prostu sformułowanie matematyczne, które opisuje, w jaki sposób oddziałują na siebie cząstki i pola. Z bardziej praktycznego punktu widzenia, pętla grawitacji kwantowej przewiduje, że czasoprzestrzeń jest kwantowana, z najmniejszą możliwą jednostką lub fragmentem przestrzeni i czasu, poza którą czasoprzestrzeń nie może być dalej podzielona.

Pętlowa grawitacja kwantowa to trudna teoria matematyczna, która oparła się tworzeniu możliwych do przetestowania prognoz wewnątrz czarnych dziur. Jednak Abhay Ashtekar i Javier Olmedo z Pennsylvania State University oraz Parampreet Singh z Louisiana State University zastosowali pętlową grawitację kwantową do środka czarnych dziur. Twierdzą, że wynik nie jest osobliwością.

Ich obliczenia przewidują, że czasoprzestrzeń jest bardzo silnie zakrzywiona w pobliżu środka czarnej dziury. W rezultacie czasoprzestrzeń przenosi się w przyszłości do regionu, który ma strukturę białej dziury. Biała dziura jest jak czarna dziura odwrócona, co oznacza, że ​​w przeciwieństwie do czarnej dziury, która wciąga materię, biała dziura wyrzuca materię.

Być może jest inny sposób, aby wyobrazić sobie, co przewidują. Powszechnie wiadomo, że w silnych polach grawitacyjnych czas zwalnia. A czarne dziury zawierają najsilniejsze pola grawitacyjne we wszechświecie. Z tego powodu jedną z możliwych interpretacji tej nowej pracy jest to, że materia wpada do czarnej dziury, a następnie „odbija się”, wystrzeliwując ją z powrotem w kosmos. Ponieważ czas w pobliżu środka czarnej dziury płynie tak wolno, proces ten zajmuje po prostu ogromną ilość czasu. Jeśli naukowcy mają rację, w bardzo odległej przyszłości, w której są teraz czarne dziury, materia będzie wybuchać, rozprzestrzeniając materię w kosmosie.

Jak zawsze w naukach teoretycznych, istnieje wiele ciekawych i prowokacyjnych pomysłów, które po prostu nie są prawdziwe, a to może być jeden z nich. Dlatego ważne jest, aby sprawdzić, czy istnieje eksperymentalne wsparcie dla takich teoretycznych pomysłów.

Możliwości jest kilka. Naukowcy zaobserwowali w kosmosie zjawiska o bardzo wysokiej energii, które nie zostały do ​​końca wyjaśnione. Jednym z nich jest istnienie promieni kosmicznych o bardzo wysokiej energii, które uderzały w ziemską atmosferę. Innym zjawiskiem są tak zwane „szybkie rozbłyski radiowe”, czyli obserwowanie dużej ilości energii radiowej w bardzo krótkim czasie. Oba te zjawiska mogą, przynajmniej w zasadzie, być sygnaturą przejścia czarnej dziury w białą dziurę.

Z pewnością przedwczesne jest zaakceptowanie tego nowego, interesującego pomysłu. Zamiast tego rozsądnie byłoby zobaczyć, jak rozwijają się trwające obliczenia wykorzystujące pętlową grawitację kwantową. Jeśli przewidywania poprawią się i zaczną bardziej przypominać niektóre z niewyjaśnionych obserwowanych zjawisk astronomicznych, może być tak, że ten nowy wynik zarówno wyjaśni, jak działa grawitacja kwantowa, jak i zmieni nasze rozumienie zarówno przeszłości, jak i przyszłości naszego wszechświata.

  • Największe nierozwiązane tajemnice fizyki
  • Co to jest? Odpowiedzi na pytania dotyczące fizyki
  • Nauka czy fikcja? Wiarygodność 10 koncepcji science fiction

Pierwotnie opublikowano w dniu .

Don Lincoln jest badaczem fizyki w Fermilab. Jest autorem „Wielki Zderzacz Hadronów: Niezwykła historia bozonu Higgsa i innych rzeczy, które zdmuchną twój umysł”(Johns Hopkins University Press, 2014), a on tworzy serię artykułów naukowych filmy. Podążać za nim na Facebooku. Opinie wyrażone w tym komentarzu są jego.

Don Lincoln przyczynił się do powstania tego artykułu Głosy ekspertów: Op-Ed & Insights.




Jeszcze bez komentarzy

Najciekawsze artykuły o tajemnicach i odkryciach. Wiele przydatnych informacji o wszystkim
Artykuły o nauce, kosmosie, technologii, zdrowiu, środowisku, kulturze i historii. Wyjaśniasz tysiące tematów, abyś wiedział, jak wszystko działa