Da li je singularitet u stvari površina? Nova studija menja sve što smo mislili da znamo o crnim rupama

Kako izgleda crna rupa i o čemu je tu u stvari reč? Najveća misterija Svemira ne da mira naučnicima, ali ne daju ni oni njoj - malo po malo, tajne moćnog kosmičkog fenomena se otkrivaju. Najnovije istraživanje donelo je potpuno neočekivane rezultate, a o tome je pisao portal Science Alert. Prenosimo ovu priču.

"Šta se nalazi s one strane horizonta događaja crne rupe je misterija.

Preporučujemo

To je granica koja označava rastojanje na kojem svetlost više ne može da pobegne iz crne rupe - ostavljajući nas da težimo odgovorima o tome kako crna rupa zapravo izgleda, bez mogućnosti da vidimo šta se nalazi unutra.

Radi jednostavnosti, udžbenici obično opisuju singularnost skrivenu s one strane horizonta događaja kao nultodimenzionalnu tačku beskonačne gustine.

Prema novom radu koji treba da bude objavljen u Physical Review D, to pojednostavljenje je možda otišlo korak predaleko.

Teoretski fizičari Endrju Hamilton sa Univerziteta Kolorado Bolder i Tajler Mekmejken sa Univerziteta Mary tvrde da se singularnost bolje razume kao ravna, trodimenzionalna površina.

"Šalim se sa svojim studentima da crne rupe uvek prkose mojoj intuiciji", rekao je Hamilton za ScienceAlert.

"Da, bilo je iznenađenje. Istovremeno, to je imalo smisla zbog ravnog izgleda Švarcšildove singularnosti."

Unutar crne rupe, prostor "pada" brže od svetlosti ka singularnosti. Do tridesetih godina 20. veka, fizičari su počeli da zamišljaju tu singularnost kao tačku.

Zatim, šezdesetih godina, slika je počela da se menja. U Kerovoj crnoj rupi - onoj koja rotira - fizičari su otkrili da se kretanje tog pada ka singularnosti usporava usled centrifugalnog odbijanja, što na kraju dovodi do toga da singularnost nije tačka, već prsten.

Za Švarcšildovu crnu rupu - onu koja ne rotira - singularnost je ostala tačka. Lako se crta, lako se predaje i relativno je lako razumeti, pa je model opstao.

Međutim, još pre nekoliko decenija, Hamilton je počeo da razvija neprijatnu slutnju da je tačka loša reprezentacija fizike Švarcšildove crne rupe.

Bila je 1998. godina, a radoznalost Hamiltonovih studenata na uvodnom kursu astronomije navela ga je da napravi vizuelizacije opšte relativnosti o tome kako bi moglo da izgleda padanje u crnu rupu.

Ono što je izašlo… bila je površina.

„Izvestio sam o tome što sam video, ali nisam pokušao da to objasnim, jer nisam razumeo“, rekao je.

„Dokazi pokazuju da jesmo oklevali. Putovanje razumevanja trajalo je decenijama.“

Odgovor, shvatio je Hamilton, ležao je u praćenju dva posmatrača kako padaju u istu crnu rupu iz suprotnih pravaca.

Pitanje je bilo jednostavno: Gde oni završavaju?

Ako bi singularnost bila tačka, oba posmatrača bi na kraju trebalo da završe na istoj lokaciji.

Ali prema opštoj relativnosti, Hamilton i McMaken pokazuju, to se nikada ne može desiti.

Dok posmatrači padaju, iskrivljeni prostor-vreme crne rupe sprečava svetlost - ili bilo koji drugi signal - da putuje između njih. Oni postaju trajno kauzalno diskonektovani, što znači da nijedan nikada ne može da utiče na drugog niti čak da sazna za njegove poslednje trenutke.

Hamilton i McMaken tvrde da ako posmatrači više ne mogu da razmenjuju informacije pre nego što stignu do singularnosti, oni ne mogu na kraju da se sastanu u istom događaju prostor-vremena.

Protivurečnost nestaje ako je singularnost trodimenzionalna prostornolikа površina koju svaki posmatrač dostiže na različitoj lokaciji.

Ili, kako je Hamilton rekao 2010. godine: "Ta singularnost nije tačka. Već je trodimenzionalna prostorna granica gde opšta relativnost izvršava samoubistvo."

Rad se ne odnosi samo na Švarcšildove crne rupe. Prstenaste singularnosti Kerovih crnih rupa dugo su smatrane fundamentalno različitim od Švarcšildovih tačaka, ali možda te dve nisu tako različite.

Umesto toga, autori tvrde da bi realistična Kerova crna rupa kolabirala u prostornolikи singularnu površinu na svom unutrašnjem horizontu, čineći njenu singularnost sličnijom onoj Švarcšildove crne rupe nego što sugeriše poznata slika iz udžbenika.

To znači da bi ova studija mogla da preoblikuje način na koji fizičari razmišljaju o singularnostima iz osnovnih principa.

Ako je Švarcšildova singularnost površina umesto tačke, to menja matematički okvir opšte relativnosti - i stoga polaznu tačku za bilo koju buduću teoriju kvantne gravitacije.

"Kvantna gravitacija je GLAVNO pitanje teorijske fizike, a singularne površine crnih rupa su mesta gde se kvantna gravitacija dešava u našem Univerzumu", objasnio je Hamilton.

"Većina literature o kvantnoj gravitaciji je apstraktna i odvojena od stvarnosti. Voleli bismo da vidimo da se zajednica razvija u realističnijim pravcima."

Kvantna gravitacija je dugo tražena teorija koja bi ujedinila Ajnštajnovu opštu relativnost, koja opisuje gravitaciju na kosmičkim skalama, sa kvantnom mehanikom, koja upravlja kvantnim svetom na atomskim i subatomskim skalama.

Obe teorije izuzetno dobro funkcionišu same za sebe, ali postaju matematički nekompatibilne pod ekstremnim uslovima unutar crne rupe.

"Uzvišeni cilj moderne teorijske fizike je održiva teorija kvantne gravitacije. Još je nema", rekao je Hamilton.

"Naša nada je da možemo da napredujemo istražujući mesta gde se kvantna gravitacija upravo sprema da se dogodi.

(Telegraf Nauka/Science Alert)