Peter Tucker
0 
1607
185
Gurile negre sunt printre cele mai misterioase locuri din univers; locații în care țesătura spațiului și a timpului sunt deformate atât de prost încât nici măcar lumina nu poate scăpa de ele. Conform teoriei relativității generale a lui Einstein, în centrul lor se află o singularitate, un loc în care masa multor stele este strivită într-un volum cu dimensiunea exactă zero. Cu toate acestea, două lucrări recente de fizică, publicate pe 10 decembrie în jurnalele Physical Review Letters și, respectiv, Physical Review D, pot face ca oamenii de știință să reconsidere ceea ce credem că știm despre găurile negre. S-ar putea ca găurile negre să nu dureze pentru totdeauna și este posibil să am înțeles complet natura lor și cum arată în centru, potrivit documentelor. [Cele mai îndepărtate idei ale lui Stephen Hawking despre găurile negre]
Marginea fizicii lui Einstein
Astronomii și fizicienii au susținut multă vreme că ideea unei singularități pur și simplu trebuie să fie greșită. Dacă un obiect cu masă nu are dimensiuni, atunci are o densitate infinită. Și, la fel cum cercetătorii aruncă în jurul cuvântului „infinit”, infinitele de acest fel nu există în natură. În schimb, când întâlnești o infinitate într-o situație reală, fizică, științifică, ceea ce înseamnă cu adevărat este că ți-ai împins matematica dincolo de tărâmul în care se aplică. Ai nevoie de matematică nouă.
Este ușor să dai un exemplu familiar în acest sens. Legea gravitației lui Newton spune că puterea atracției gravitaționale se schimbă pe măsură ce una peste distanța pătrată între două obiecte. Deci, dacă ai lua o minge situată departe de Pământ, aceasta ar experimenta o anumită greutate. Apoi, pe măsură ce ai adus-o mai aproape de Pământ, greutatea va crește. Luând această ecuație la extrem, pe măsură ce aduceai obiectul aproape de centrul Pământului, avea să experimenteze o forță infinită. Dar nu.
În schimb, pe măsură ce apropii obiectul de suprafața Pământului, legea simplă a gravitației a lui Newton nu se mai aplică. Trebuie să țineți cont de distribuția reală a masei Pământului, iar acest lucru înseamnă că trebuie să utilizați ecuații diferite și mai complexe care prezice un comportament diferit. În mod similar, în timp ce teoria Einstein despre relativitatea generală prevede că în centrul găurilor negre există o singularitate a densității infinite, aceasta nu poate fi adevărată. La dimensiuni foarte mici, trebuie să intre în joc o nouă teorie a gravitației. Avem un nume generic pentru această nouă teorie: Se numește gravitație cuantică. [8 moduri în care poți vedea teoria lui Einstein a relativității în viața reală]
Numele gravitației cuantice înseamnă pur și simplu „gravitație la cele mai mici scale”, dar expresia nu implică o teorie specifică. Cu toate acestea, au fost făcute propuneri teoretice specifice care ar descrie gravitația așa cum este în microcosmos. Una dintre propuneri se numește bucla gravitație cuantică.
Gravitatea cuantică a buclelor este bine definită matematic și exprimă țesătura spațiului-timp ca o rețea de rețele de rotire, care evoluează în timp. Rețelele de rotație sunt doar o formulare matematică care descrie modul în care interacționează particulele și câmpurile. Dintr-un punct de vedere mai practic, gravitatea cuantică a buclei prevede că spațiul-timp este cuantificat, cu cea mai mică unitate posibilă sau o bucată de spațiu și timp, dincolo de care spațiul-timp nu poate fi împărțit în continuare.
Graficitatea cuantică a buclelor este o teorie matematică dificilă care a rezistat realizării predicțiilor testabile în interiorul găurilor negre. Cu toate acestea, Abhay Ashtekar și Javier Olmedo de la Universitatea de Stat din Pennsylvania și Parampreet Singh de la Universitatea de Stat din Louisiana au aplicat gravitatea cuantică buclă în centrul găurilor negre. Ei susțin că rezultatul nu este o singularitate.
Calculul lor prezice că spațiul-timp este curbat foarte puternic aproape de centrul găurii negre. Rezultatul este că spațiul-timp continuă într-o regiune în viitor, care are structura unei găuri albe. O gaură albă este ca o gaură neagră în sens invers, ceea ce înseamnă că spre deosebire de o gaură neagră, care trage materia, o gaură albă trage materia.
Există poate un alt mod de a-ți imagina ceea ce prezic. Este cunoscut faptul că în câmpurile gravitaționale puternice, timpul încetinește. Și găurile negre conțin cele mai puternice câmpuri gravitaționale din univers. Din această cauză, o posibilă interpretare a acestei noi lucrări este aceea că materia cade într-o gaură neagră și apoi „răsună”, împușcând masa înapoi în cosmos. Deoarece timpul este atât de lent aproape de centrul unei găuri negre, acest proces necesită pur și simplu o cantitate enormă de timp. Dacă cercetătorii sunt corecți, în viitorul foarte îndepărtat, unde există acum găuri negre, materia va erupe, răspândind materia în întregul cosmos.
Ca întotdeauna în știința teoretică, există multe idei interesante și provocatoare care pur și simplu nu sunt adevărate, iar aceasta poate fi una dintre ele. Așadar, este important să vedem dacă există sprijin experimental pentru idei teoretice ca acestea.
Există câteva posibilități. Oamenii de știință au observat fenomene energetice foarte mari în spațiu care nu au fost complet explicate. Unul este existența unor raze cosmice cu energie foarte mare, care lovesc atmosfera Pământului. Un alt lucru este ceea ce se numește „explozii rapide de radio”, care este atunci când se observă o cantitate mare de energie radio într-un timp foarte scurt. Ambele fenomene ar putea fi, cel puțin, în principiu, semnătura unei găuri negre care se trece la o gaură albă.
Cu siguranță este prematur să accepți această idee nouă interesantă. În schimb, ar fi prudent să vedem cum se desfășoară calculele în curs de utilizare folosind gravitația cuantică buclă. Dacă predicțiile se îmbunătățesc și încep să semene mai mult cu unele dintre fenomenele astronomice observate neexplicate, s-ar putea ca acest nou rezultat să explice atât modul în care funcționează gravitația cuantică, cât și să ne modeleze înțelegerea atât a trecutului cât și a viitorului universului nostru.
- Cele mai mari mistere nesoluționate în fizică
- Ce e aia? Întrebările dvs. de fizică au răspuns
- Știință sau ficțiune? Plauzibilitatea a 10 concepte Sci-Fi
Publicat inițial la .
Don Lincoln este cercetător în fizică la Fermilab. El este autorul „The Big Hadron Collider: Povestea extraordinară a Higon Boson și alte lucruri care vă vor arunca mintea"(Johns Hopkins University Press, 2014), și produce o serie de educație științifică Videoclipuri. Urmareste-l pe Facebook. Opiniile exprimate în acest comentariu sunt ale sale.
Don Lincoln a contribuit cu acest articol Expert Voices: Op-Ed & Insights.