O echipă de oameni de știință a dezvoltat o rețetă pentru găuri negre care elimină unul dintre cele mai tulburătoare aspecte ale fizicii: singularitatea centrală, punctul în care toate teoriile, legile și modelele noastre se sparg.
Dacă ar fi de gând să proiectezi un obiect pentru a păstra misterul în timp ce ești complet tulburător, nu ai putea face mult mai bine decât un gaură neagră.
În primul rând, limita exterioară a acestor titani cosmici este o suprafață de captare a luminii unidirecțional numită Orizont de evenimentepunctul în care gravitația unei găuri negre este atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa. Aceasta înseamnă că nicio informație nu poate scăpa dintr -o gaură neagră, astfel încât nu putem observa niciodată direct sau măsura ceea ce se află în inima ei.
Folosind matematica teoriei gravitației din 1915 a lui Einstein, numită relativitate generalăoamenii de știință pot modela interiorul unei gauri negre. Problema este că, atunci când fac acest lucru, relativitatea generală ne spune că toate valorile matematice merg la infinit la „singularitatea” din inima unei gauri negre.
Această nouă cercetare sugerează că „găurile negre obișnuite” fără o singularitate centrală – echivalentul fizicii de a -ți avea tortul și de a -l mânca – poate fi mai mult decât doar visul febrei fizicienilor de nădejde.
„Singularitatea este cea mai misterioasă și mai problematică parte a unei gauri negre. Este locul în care conceptele noastre despre spațiu și timp Literal, nu mai are sens, „Membrul echipei de studiu Robie Hennigar, cercetător la Universitatea Durham din Anglia, a declarat pentru Space.com.” Dacă găurile negre nu au singularități, atunci sunt mult mai obișnuite. „
Înrudite: Ce sunt găurile negre? Tot ce trebuie să știți despre cele mai întunecate obiecte din univers
Singularitate-minte: fizicienii își doresc un lucru
Teoria lui Einstein a relativității generale afirmă că obiectează cu curba de masă chiar țesătura spațiului-timp (cele trei dimensiuni ale spațiului unite cu o singură dimensiune a timpului), iar gravitația rezultă din această curbură. Cu cât masa este mai mare, cu atât este mai extremă curbura spațiului-timp și cu atât este mai puternică influența gravitației. Toate acestea sunt calculate cu ecuațiile care stau la baza relativității generale: Ecuațiile de câmp ale lui Einstein.
„Modul în care curbele spațiului-timp sunt determinate de ecuațiile Einstein Field, care sunt piatra de temelie a relativității generale”, a declarat pentru Spania, membrul echipei Pablo Antonio Cano Molina-Niñirola, al Institutului de Științe Cosmos de la Universitatea din Barcelona (ICCub) din Spania, pentru Spania.com.
„Aceste ecuații sunt extrem de reușite, deoarece prezic o multitudine de fenomene observabile în cosmos, din
la evoluția
și existența unor găuri negre, a adăugat el. ”Dar ei prezic și existența singularităților, iar acest lucru este problematic.”
Găuri negre-regiuni de spațiu-timp cu curbură extremă-au apărut mai întâi ca concept de la soluții la ecuațiile de teren ale lui Einstein sugerate de fizicianul și astronomul german
în timp ce a servit pe prima linie în timpul Primului Război Mondial din 1915. Aceste soluții merg la infinit în centrul acelei regiuni. Fizicienilor nu le place infinitățile, deoarece indică defalcarea sau incompletitudinea modelelor lor sau sugerează ceva complet nefizic. Asta înseamnă ceva cu adevărat tulburător și nedorit pentru fizicieni.
„În relativitate generală, interiorul unei găuri negre este ca un univers contractant, unde singularitatea reprezintă momentul în care spațiul în sine se prăbușește”, a spus Molina-Niñirola.
Molina-Niñirola a adăugat că mulți fizicieni consideră că, atunci când gravitația devine excepțional de puternică și spațiul-timp este extrem de deformat, relativitatea generală trebuie înlocuită cu o teorie mai fundamentală. S -a presupus că aceasta ar fi o teorie a Gravitatea cuantică ceea ce duce la o „teorie a tuturor” care ar uni teoriile so-far incompatibile ale relativității generale și ale relativității generale Fizica cuantică.
„Speranța este că, în această teorie completă, singularități ale găurilor negre vor fi înlăturate”, a spus Molina-Niñirola. „Acum, rețeta noastră pentru găuri negre obișnuite merge tocmai în această direcție, dar în loc să folosim o teorie completă a gravitației cuantice, folosim ceva numit„ teorie eficientă ”. Acesta este un Teoria clasică a gravitației Acest lucru se presupune că surprinde efectele unei teorii asumate a gravitației cuantice. „
Aceasta se ridică la echipa care modifică ecuațiile de câmp Einstein, astfel încât gravitația să se comporte diferit atunci când spațiul-timp este foarte curbat. În cele din urmă, acest lucru duce la eliminarea singularităților centrale ale găurilor negre.
Înrudite: Albert Einstein: biografie, fapte și impact asupra științei
Gravitatea cuantică și alte probleme
Această teorie recent modificată sugerează că nu există o singularitate în centrul unei gauri negre. Deci, ce există în acest tărâm extrem, exotic?
„În modelul nostru, prăbușirea spațiului se oprește, iar singularitatea este înlocuită de o regiune statică extrem de deformată, care se află în miezul găurii negre”, a spus Molina-Niñirola. „Această regiune este statică, deoarece nu se contractă. Asta înseamnă că un observator ar putea rămâne ipotetic acolo, presupunând că au fost capabili să supraviețuiască forțelor uriașe, dar finite, gravitaționale din această regiune.”
În afară de spațiul curbat, ce altceva locuiește în inima găurilor negre, dacă această teorie este corectă? Potrivit lui Hennigar, strict vorbind, nimic.
„Aceste găuri negre sunt vid pur peste tot; nu trebuie să existe materie, dar se poate include cu ușurință dacă se dorește”, a continuat cercetătorul de la Universitatea din Durham. „S -ar putea să pară ciudat să ai o gaură neagră în absența materiei, dar același lucru se poate întâmpla chiar și în relativitatea generală”.
Chiar dacă conceptul de gaură neagră a echipei ar fi verificat, probabil că nu ar opri căutarea unui model valid de gravitație cuantică și o teorie a tuturor.
„Într -un anumit sens, aceasta este o problemă care nu poate fi evitată. Stele se prăbușesc tot timpul în universul nostru; Este un proces fizic inevitabil. Dar această întâmplare obișnuită este ceva care ne împinge dincolo de tot ceea ce știm, „Hennigar a continuat”. În ultimele etape ale prăbușirii, chiar înainte ca cineva să ajungă la singularitate, atât gravitatea, cât și efectele cuantice vor fi importante.
„Deci știm deja că concluziile pe care le -ar trage doar din relativitatea generală sunt insuficiente pentru a descrie un loc/moment atât de extrem.”
Pierderea singularității înseamnă a pierde misterul? Nu prea …
Dacă este corect, această cercetare poate avea găuri negre oarecum demitificate, dar deschide multe întrebări la care vor mai răspunde.
„Lucrarea noastră oferă răspunsuri la unele mistere, dar le deschide pe altele”, a spus Molina-Niñirola. „De exemplu, conform modelului nostru – și a altor propuneri în literatura științifică – problema care se încadrează într -o gaură neagră obișnuită ar ieși în cele din urmă în gaura neagră printr -un gaură albă Situat într -un univers diferit sau într -o regiune deconectată a aceluiași univers.
„Acest lucru pare foarte exotic, dar este singura posibilitate dacă singularitățile nu există: tot ceea ce intră într -o gaură neagră trebuie să iasă din ea.”
Cercetătorul a adăugat că acest proces implică probleme proprii, care trebuie, de asemenea, investigate pentru a evalua robustetea ideii echipei.
Marea întrebare este dacă oamenii de știință ar putea găsi vreodată dovezi pentru această teorie din observațiile reale ale găurilor negre; La urma urmei, știm că nu putem pur și simplu să privim în interiorul lor.
„Este dificil de spus, întrucât efectele care duc la rezoluția singularității ar putea deveni observabile doar în regimuri de o gravitate extrem de puternică, probabil mult mai puternice decât ceea ce putem spera să observăm”, a spus Molina-Niñirola. „Cu toate acestea, există unele experimente care ne pot oferi unele posibilități”.
Molina-Niñirola a explicat că observarea ondulărilor în spațiu-timp numit unde gravitaționale permite astronomilor să observe câmpuri gravitaționale mult mai puternice ca niciodată. Acest lucru oferă oamenilor de știință o șansă unică de a încerca să observe efecte dincolo de relativitatea generală, inclusiv de cele care pot duce la rezoluție de singularitate.
În plus, dacă teoria echipei este corectă, ar trebui să existe o amprentă povestită în universul foarte timpuriu, în perioada inflației cosmice imediat după Big bang.
„În această privință, detectarea unui fundal de undă primordială, gravitațională-care nu a fost încă detectată-ar putea oferi indicii despre posibile modificări ale gravitației”, a spus Molina-Niñirola. „În cele din urmă, o consecință a absenței singularităților este aceea că produsul final al evaporării găurilor negre prin radiații de șoim ar fi o gaură neagră microscopică.
„Aceste găuri negre microscopice oferă un posibil candidat la materie întunecată. Astfel, dacă materie întunecată s -ar dovedi compusă din găuri negre minuscule, aceasta ar fi o dovadă indirectă în favoarea absenței singularităților.”
Cercetarea echipei a fost publicată în jurnal Scrisori de fizică b în februarie 2025.
Postat inițial pe Space.com.
Comentarii recente