Da li singularnosti u crnim rupama zaista postoje? Fizičari predlažu korekcije Ajnštajnovih jednačina

Jedan od najvećih problema savremene fizike mogao bi biti rešen zahvaljujući novim izmenama Ajnštajnove teorije opšte relativnosti. Teorijski fizičari predložili su modifikacije koje bi mogle objasniti šta se zaista nalazi u središtu crnih rupa i da li singularnosti, kako ih opisuje standardna teorija, uopšte postoje.

Njihova studija sugeriše da centar crne rupe, umesto tačke beskonačne zakrivljenosti, može biti oblast veoma zakrivljenog, ali regularnog prostor-vremena. Ako se ova teorija potvrdi, mogla bi rešiti jedno od ključnih pitanja moderne astrofizike i promeniti naše razumevanje svemira, piše Live science.

Preporučujemo

Problem singularnosti: Fizička realnost ili matematički paradoks?

Singularnosti su matematički predviđene tačke u svemiru gde prostor, vreme i materija dostižu beskonačnu gustinu i zakrivljenost. Prema dosadašnjim teorijama, one se nalaze u središtu crnih rupa. Međutim, kvantna mehanika, koja opisuje ponašanje čestica na mikroskopskim nivoima, ne dozvoljava postojanje beskonačnih vrednosti u prirodi.

- Singularnosti su regije u svemiru gde su prostor, vreme i materija sabijeni i rastegnuti do nepostojanja. Ovo je vrlo ozbiljan problem, jer ako bi singularnosti zaista postojale u našem svemiru, to bi bilo katastrofalno za nauku - objašnjava Robi Henigar, istraživač na Univerzitetu u Durhamu i koautor studije.

Henigar ističe da bi u takvom scenariju fizika prestala da funkcioniše u svom osnovnom obliku.

- Ne bismo mogli da koristimo jednačine fizike za predviđanje budućnosti na osnovu prošlosti i sadašnjosti. Zbog toga većina naučnika smatra da singularnosti nisu fizičke, već da one ukazuju na to da opšta relativnost mora biti zamenjena potpunijom teorijom koja preciznije opisuje svemir - dodaje on.

Ajnštajnova opšta teorija relativnosti, objavljena 1915. godine, predstavlja jedno od najvažnijih dostignuća u istoriji nauke. Ona je omogućila razumevanje mnogih kosmičkih pojava uključujući formiranje crnih rupa, smatra se da se masivne zvezde, nakon što sagore svoja nuklearna goriva, urušavaju pod sopstvenom gravitacijom i formiraju crne rupe; strukturu neutronskih zvezda jer opisuje ekstremne uslove u kojima se nalazi materija nakon gravitacionog kolapsa; evoluciju svemira, predviđa kako se univerzum širi i razvija od Velikog praska do danas.

Međutim, teorija relativnosti ima svoja ograničenja. Najveći problem je njena nekompatibilnost sa kvantnom mehanikom, koja upravlja mikroskopskim svetom čestica. Takođe, predviđanje singularnosti ukazuje na matematički paradoks koji fizika ne može da objasni.

Rešenje: Kvantna gravitacija i novi matematički pristup

Kako bi rešili ovaj problem, istraživači su primenili koncept poznat kao kvantna gravitacija. Ova oblast fizike pokušava da objedini opštu relativnost i kvantnu mehaniku, što je jedan od glavnih ciljeva moderne teorijske fizike.

Njihova studija, objavljena u februaru 2025. godine u časopisu Physics Letters B, predlaže da se opšta relativnost modifikuje beskonačnim nizom dodatnih matematičkih izraza u svojim jednačinama.

- U kvantnoj gravitaciji razmatramo sve korekcije u jednačinama koje povezuju energiju i impuls sistema sa zakrivljenošću prostor-vremena, a koje su u skladu s poznatim fizičkim principima - objašnjava Henigar.

Ove modifikacije omogućavaju da se singularnost u središtu crne rupe zameni izuzetno zakrivljenim, ali regularnim regionom prostor-vremena. Umesto tačke beskonačne gustine, nova teorija predviđa postojanje strukture koja se može opisati konačnim matematičkim izrazima.

Mogući dokazi: Kako testirati teoriju?

Iako ovaj novi model rešava problem singularnosti matematički, svaka naučna teorija mora biti potvrđena posmatranjima i eksperimentima. Direktno posmatranje unutrašnjosti crne rupe je nemoguće, ali postoje indirektni načini testiranja.

- Samo odsustvo singularnosti teško je eksperimentalno testirati, jer bi se to dešavalo unutar crne rupe ili na samom početku svemira. Međutim, možemo tragati za tragovima teorija koje rešavaju problem singularnosti - kaže Pablo Kano, istraživač sa Univerziteta u Barseloni.

Jedan od glavnih izvora podataka su gravitacioni talasi – oscilacije u prostor-vremenu koje nastaju sudarima masivnih objekata. Budući da su modifikacije relativnosti izraženije u snažnim gravitacionim poljima, sudari crnih rupa mogli bi pružiti ključne informacije o validnosti nove teorije.

Takođe, proučavanje ranog svemira može dati odgovore na neka od ovih pitanja. Ako su kvantne gravitacione korekcije uticale na kosmičku inflaciju (ekspanziju svemira neposredno nakon Velikog praska), ti efekti bi mogli biti otkriveni analizom primordijalnih gravitacionih talasa.

Pored testiranja novih ideja kroz posmatranja, istraživači žele da prošire svoja teorijska istraživanja.

- Nedavno smo pokazali da kolaps određene vrste materije u okviru ovog modela dovodi do formiranja ovih regularnih crnih rupa - kaže Pablo Bueno, istraživač sa Univerziteta u Barseloni.

Jedan od ciljeva je ispitivanje da li se ovim modelom mogu objasniti i druge vrste singularnosti, uključujući onu povezanu s Velikim praskom. Postoji mogućnost da umesto Velikog praska svemir prolazi kroz beskonačne cikluse ekspanzije i kontrakcije, što je poznato kao model „odbijajućih kosmologija“ (bouncing cosmology).

Ako se ove ideje potvrde, one bi mogle dramatično promeniti naše razumevanje početka svemira i prirode crnih rupa.

(Telegraf Nauka / Live science)