Et team av forskere har utviklet en oppskrift på sorte hull som eliminerer et av de mest bekymringsfulle aspektene ved fysikk: sentral unikhet, poenget der alle våre teorier, lover og modeller er ødelagte.
Hvis jeg skulle designe et objekt for å bevare mysteriet mens det var helt bekymringsfullt, kunne det ikke gjøre det mye bedre enn en Svart hull.
For det første er den ytre grensen for disse kosmiske titanene en ensrettet lysfangstflate som kalles HendelseshorisontPunktet der alvorlighetsgraden av et svart hull er så kraftig at ikke engang lyset kan slippe unna. Dette betyr at ingen informasjon kan unnslippe et svart hull, slik at vi aldri kan observere eller måle direkte det som er i ditt hjerte.
Bruke matematikken til Einsteins teori fra 1915, kalt Generell relativitetForskere kan modellere interiøret i et svart hull. Problemet er at når de gjør dette, forteller generell relativitet at alle matematiske verdier går til uendelig i “singularitet” i hjertet av et svart hull.
Denne nye forskningen antyder at “vanlige sorte hull” uten en sentral unikhet, fysikk som tilsvarer å ha kaken og spise den, kan det være mer enn drømmen til feberen til håpefulle fysikere.
“Singulariteten er den mest mystiske og problematiske delen av et svart hull. Det er der konseptene våre Rom og tid Bokstavelig talt gir det ingen mening, “medlem av studieteamet Robie Hennigar, forsker ved University of Durham i England, sa til Space.com.” Hvis sorte hull ikke har noen singulariteter, er de mye mer vanlige. “”
Relatert: Hva er sorte hull? Alt du trenger å vite om universets mørkeste gjenstander
Singularitetsmentalitet: Fysikere vil ha en ting
Einsteins generelle relativitetsteori fastslår at objekter med massekurve selve romtidstoffet (de tre dimensjonene til rommet festet med den eneste dimensjonen av tid), og tyngdekraften oppstår fra denne krumningen. Jo større deig, jo mer ekstrem er krumningen av romtid og sterkere innflytelse av tyngdekraften. Alt dette beregnes med ligningene som støtter generell relativitet: Einsteins feltlikninger.
“Måten romtidskurvene bestemmes av Einstein-feltlikningene, som er hjørnesteinen i generell relativitet,” sa teammedlem Pablo Antonio Cano Molina-Niñirola, fra Institute of Sciences of the Cosmos of University of Barcelona (ICCUB) i Spain, fortalte han Space.com.
“Disse ligningene er ekstremt vellykkede, siden de spår mange observerbare fenomener i kosmos, av Planetbevegelse til utviklingen av Universet Og eksistensen av sorte hull, “la han til.” Men de spår også eksistensen av singulariteter, og dette er problematisk. “”
Svarte holysegioner av romtempo med ekstrem prime-krumning oppsto som et konsept av løsninger på Einsteins feltlikninger foreslått av tysk fysiker og astronom Karl Schwartzchild mens de ble tjent i frontlinjen under første verdenskrig i 1915. Disse løsningene går til uendelig i sentrum av regionen. Fysikere liker ikke uendelig, siden de indikerer nedbrytning eller ufullstendighet av modellene sine, eller antyder noe helt lite fysisk. Det betyr noe virkelig bekymringsfullt og uønsket for fysikere.
“Generelt relativitet, det indre av et svart hull er som et kontraherende univers, der singularitet representerer øyeblikket når selve rommet kollapser,” sa Molina-Niñirola.
Molina-Niñirola la til at mange fysikere mener at når tyngdekraften blir usedvanlig sterk og romtiden er svært deformert, må generell relativitet erstattes av en mer grunnleggende teori. Det er antatt at dette ville være en teori om Kvantum alvorlighetsgrad fører til en “teori om alt” som ville forene de inkompatible teoriene om generell relativitet og Kvantefysikk.
“Håpet er at i denne komplette teorien vil singularitetene til det sorte hullet bli eliminert,” sa Molina-Niñirola. “Nå går vår oppskrift på vanlige sorte hull nettopp i denne retningen, men i stedet for å bruke en komplett teori om kvantetyngdekraft, bruker vi noe som kalles ‘Effektiv teori.’ Dette er en Klassisk tyngdekraft Det er ment å fange opp effekten av en antatt teori om kvantetyngdekraft. “”
Dette tilsvarer teamet som endrer Einsteins feltlikninger slik at tyngdekraften oppfører seg annerledes når romtiden er svært buet. Til syvende og sist fører dette til eliminering av de sentrale singularitetene i sorte hull.
Relatert: Albert Einstein: Biografi, fakta og innvirkning på vitenskapen
Kvantum alvorlighetsgrad og andre problemer
Denne nylig modifiserte teorien antyder at det ikke er noen unikhet i hjertet av et svart hull. Så hva eksisterer i dette ekstreme og eksotiske riket?
“I vår modell er sammenbruddet av rom-tidsstopp, og singulariteten erstattes av en meget deformert statisk region som finnes i kjernen i det sorte hullet,” sa Molina-Niñirola. “Denne regionen er statisk fordi den ikke trekker seg sammen. Det betyr at en observatør kan forbli hypotetisk der, forutsatt at de kunne overleve de store, men endelige og endelige gravitasjonskreftene i denne regionen.”
I tillegg til den buede romtiden, hva som er mer innbygger hjertet av sorte hull, hvis denne teorien er riktig? I følge Hennigar, strengt tatt, ingenting.
“Disse sorte hullene er ren tomhet overalt; det er ikke nødvendig for det å være til stede, men man kan lett inkludere det hvis du ønsker det,” fortsatte forskeren ved University of Durham. “Det kan høres rart ut å ha et svart hull i fravær av materie, men det samme kan skje selv generelt relativitet.”
Selv om Black Hole -konseptet ble bekreftet, ville det sannsynligvis ikke stoppe søket etter en gyldig modell for kvantetyngdekraft og en teori om alt.
“På en måte er dette et problem som ikke kan unngås. Stjerner De kollapser hele tiden i vårt univers; Det er en uunngåelig fysisk prosess. Men denne vanlige forekomsten er noe som presser oss utover alt vi vet, “fortsatte Hennigar.” I de siste stadiene av kollaps, rett før man når singulariteten, vil både tyngdekraft og kvanteeffekter være viktig.
“Så vi vet allerede at konklusjonene man vil ta fra den generelle relativiteten alene er utilstrekkelige til å beskrive et så ekstremt sted/øyeblikk.”
Betyr å miste singularitet å miste mysterium? Ikke helt …
Hvis den er riktig, kan denne forskningen ha noe avmystifiserte sorte hull, men åpner mange spørsmål som fremdeles må besvares.
“Arbeidet vårt gir svar på noen mysterier, men åpner andre,” sa Molina-Niñirola. “For eksempel, i henhold til vår modell, og andre forslag i den vitenskapelige litteraturen, vil saken som faller inne i et vanlig svart hull endelig forlate det svarte hullet gjennom en hull Ligger i et annet univers eller i en region koblet fra det samme universet.
“Dette ser veldig eksotisk ut, men det er den eneste muligheten hvis singulariteter ikke eksisterer: alt som kommer inn i et svart hull må til slutt forlate det.”
Forskeren la til at denne prosessen innebærer egne problemer, som også må undersøkes for å evaluere styrken til ideen om teamet.
Det store spørsmålet er om forskere kunne finne bevis på denne teorien fra virkelige observasjoner av sorte hull; Vi vet tross alt at vi ikke bare kan se på interiøret deres.
“Det er vanskelig å si, siden effektene som fører til singularitetsoppløsningen bare kan observeres i ekstremt sterke tyngdekraftsregimer, sannsynligvis mye sterkere enn vi kan forvente å observere,” sa Molina-Niñirola. “Imidlertid er det noen eksperimenter som kan tilby oss noen muligheter.”
Molina-Niñirola forklarte at observasjonen av bølger i romtid kalt gravitasjonsbølger gjør at astronomer kan observere mye sterkere gravitasjonsfelt enn noen gang. Dette gir forskere en unik mulighet til å prøve å oppdage effekter utover generell relativitet, inkludert de som kan føre til singularitetsoppløsning.
I tillegg, hvis teamteorien er riktig, bør det være et avslørende avtrykk i universet veldig tidlig, i løpet av den kosmiske inflasjonen i løpet av Big Bang.
“I denne forstand kan deteksjonen av en primær og gravitasjonsbølgefundet, som ennå ikke er påvist, gi indikasjoner på mulige modifikasjoner av tyngdekraften,” sa Molina-Niñirola. “Til slutt er en konsekvens av fraværet av singulariteter at sluttproduktet av fordampningen av sorte hull gjennom Hawking -stråling ville være et mikroskopisk svart hull.
“Disse mikroskopiske sorte hullene gir en mulig kandidat for mørk materie. Hvis mørk materie viste seg å være sammensatt av små sorte hull, ville dette være et indirekte bevis til fordel for fraværet av singulariteter.”
Teamets forskning ble publisert i magasinet Fysikkbrev b i februar 2025.
Opprinnelig publisert i Space.com.
Black Hole Test: Hvor supermassiv er din kunnskap om universet?
