A fekete lyukak az univerzum leginkább titokzatos helyei; olyan helyeken, ahol a tér és az idő szövet annyira meghajlik, hogy még a fény sem tud menekülni tőlük. Einstein általános relativitáselmélet-elmélete szerint középpontjában a szingularitás áll, egy olyan hely, ahol sok csillag tömegét pontosan nulla méretű térrészre aprítják. Két nemrégiben megjelent fizikai tanulmány, melyeket december 10-én tettek közzé a Physical Review Letters és a Physical Review D folyóiratokban, arra késztetheti a tudósokat, hogy fontolgassák újra, mit gondolunk a fekete lyukakról. A fekete lyukak valószínűleg nem maradnak örökké, és valószínűleg teljesen félreértettük a természetüket és azt, hogy miként néznek ki középen, az iratok szerint.
Einstein fizikája szélén
A csillagászok és a fizikusok régóta állítják, hogy a szingularitás elképzelésének egyszerűen tévesnek kell lennie. Ha egy tömegű objektumnak nincs mérete, akkor végtelen sűrűségű. És ugyanúgy, ahogyan a kutatók a "végtelenség" szót veszik körül, az ilyen végtelenségek nem léteznek a természetben. Ehelyett, amikor egy végtelenséggel találkozik egy valós, fizikai, tudományos helyzetben, az valójában azt jelenti, hogy elmozdította a matematikáját azon a világon, ahol alkalmazzák. Új matematikára van szükséged.
Könnyű bemutatni erről egy ismerős példát. Newton gravitációs törvénye szerint a gravitációs vonzerő erőssége megváltozik, amikor az egyik a két objektum közötti négyzetben négyzetre esik. Tehát, ha egy földgolyótól távol eső labdát venne, akkor ennek bizonyos súlya lesz. Akkor, ahogy közelebb hoztad a Földhöz, növekszik a súlya. Ha ezt az egyenletet végsõ sorba vesszük, ahogyan a tárgyat a Föld középpontjához közelítettük, végtelen erõt fog megtapasztalni. De nem így van.
Ehelyett, amikor eljuttatja a tárgyat a Föld felszínéhez, Newton egyszerű gravitációs törvénye már nem érvényes. Figyelembe kell venni a Föld tömegének tényleges eloszlását, és ez azt jelenti, hogy különféle és összetettebb egyenleteket kell használnia, amelyek előrejelzik a különböző viselkedést. Hasonlóképpen, míg Einstein általános relativitáselmélete azt jósolja, hogy a végtelen sűrűség szingularitása létezik a fekete lyukak középpontjában, ez nem lehet igaz. Nagyon kicsi méretek esetén a gravitáció új elméletének játszania kell. Van egy általános neve ennek az új elméletnek: Kvantum gravitációnak hívják.
A kvantum gravitáció név egyszerűen azt jelenti, hogy "a gravitáció a legkisebb skálán", de a kifejezés nem utal konkrét elméletre. Különleges elméleti javaslatokat születtek azonban, amelyek leírják a gravitációt, amint ez a mikrokozmoszban van. Az egyik javaslatot hurokkvantum gravitációnak nevezzük.
A hurok kvantum gravitációja matematikailag jól meghatározható, és a tér-idő szövetét fejezi ki, mint az idővel kialakuló spinhálózatok rácsát. A spin-hálózatok csak egy matematikai formula, amely leírja, hogy a részecskék és a mezők hogyan hatnak egymásra. Gyakorlati szempontból a hurokkvantum gravitáció azt jósolja, hogy a tér-idő kvantálva van, a lehető legkisebb egységgel vagy darab térrel és idővel, amelyen túl a tér-idő nem osztható tovább.
A hurok kvantum gravitáció egy nehéz matematikai elmélet, amely ellenállt a fekete lyukakon belül tesztelhető predikciók készítésének. Abhay Ashtekar és Javier Olmedo a Pennsylvania Állami Egyetemen és a Parampreet Singh a Louisiana Állami Egyetemen azonban a hurok kvantum gravitációját alkalmazták a fekete lyukak központjában. Azt állítják, hogy az eredmény nem szingularitás.
Számításuk szerint a tér-idő nagyon erősen görbe van a fekete lyuk közepén. Ennek eredményeként a tér-idő tovább folytatódik egy olyan régióban a jövőben, amelynek fehér lyuk felépítése van. A fehér lyuk olyan, mint egy fordított fekete lyuk, azaz a fekete lyukkal szemben, amely az anyagot behúzza, a fehér lyuk kiűzi az anyagot.
Talán van egy másik módja annak, hogy elképzeljük, mit jósolnak. Közismert, hogy az erős gravitációs mezőkben az idő lelassul. És a fekete lyukak tartalmazzák az univerzum legerősebb gravitációs mezőit. Emiatt ennek az új műnek az egyik lehetséges értelmezése az, hogy az anyag fekete lyukba esik, majd "visszapattan", és a tömeget visszahúzza a kozmoszba. Mivel az idő olyan lassú a fekete lyuk közepén, ez a folyamat egyszerűen hatalmas időt vesz igénybe. Ha a kutatók helyesek, akkor a távoli jövőben, ahol már vannak fekete lyukak, az anyag kitör, és eloszlatja az anyagot a kozmoszban.
Mint mindig az elméleti tudományban, számos érdekes és provokatív ötlet létezik, amelyek egyszerűen nem igazak, és ez lehet az egyik. Ezért fontos megnézni, hogy van-e kísérleti támogatás az ilyen elméleti ötletekre.
Van néhány lehetőség. A tudósok nagyon magas energiájú jelenségeket figyeltünk meg az űrben, amelyeket még nem magyaráztak meg teljesen. Az egyik a nagyon nagy energiájú kozmikus sugarak létezése, amelyek elérik a Föld légkörét. Egy másik az úgynevezett "gyors rádiószakadás", amikor nagy mennyiségű rádióenergiát észlelünk nagyon rövid idő alatt. Mindkét jelenség - legalábbis elvileg - lehet egy fekete lyuk átváltása egy fehér lyukra.
Természetesen túl korai elfogadni ezt az érdekes új ötletet. Ehelyett körültekintő lenne megnézni, hogy miként bontakoznak ki a folyamatban lévő számítások a hurok kvantum gravitációval. Ha az előrejelzések javulnak, és jobban hasonlítanak néhány megmagyarázhatatlan megfigyelt csillagászati jelenséghez, akkor valószínű, hogy ez az új eredmény megmagyarázza a kvantitatív gravitáció működését, és átalakítja a világegyetemünk múltjának és jövőjének megértését.
Don Lincoln a Fermilab. Ő a "A nagy hadron ütköző: A Higson Boson és a dolgok rendkívüli története"(Johns Hopkins University Press, 2014), és egy sor tudományos oktatást készít videók. Kövesd őt Facebookon. A kommentárban kifejtett vélemények ői vélemények.
Don Lincoln közzétette ezt a cikket a Live Science's-ben Szakértői hangok: Op-Ed és betekintés.
