Οι μαύρες τρύπες είναι από τις πιο μυστηριώδεις θέσεις του σύμπαντος. τοποθεσίες όπου ο ίδιος ο ιστός του χώρου και του χρόνου είναι στρεβλωμένοι τόσο άσχημα ώστε κανένας φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτούς. Σύμφωνα με τη θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, στο κέντρο τους βρίσκεται μια μοναδικότητα, ένας τόπος όπου η μάζα πολλών αστεριών συνθλίβεται σε έναν όγκο με ακριβώς μηδενικό μέγεθος. Ωστόσο, δύο πρόσφατα επιστημονικά τεύχη, που δημοσιεύτηκαν στις 10 Δεκεμβρίου στο περιοδικό Physical Review Letters και Physical Review D, μπορούν να κάνουν τους επιστήμονες να αναθεωρήσουν τι νομίζουμε ότι γνωρίζουμε για τις μαύρες τρύπες. Οι μαύρες τρύπες μπορεί να μην διαρκέσουν για πάντα και είναι πιθανό ότι έχουμε παρανοήσει πλήρως τη φύση τους και το πώς μοιάζουν στο κέντρο, σύμφωνα με τα χαρτιά.
Η άκρη της φυσικής του Αϊνστάιν
Οι αστρονόμοι και οι φυσικοί έχουν από καιρό θεωρήσει ότι η ιδέα της ιδιαιτερότητας πρέπει απλά να είναι λάθος. Αν ένα αντικείμενο με μάζα δεν έχει μέγεθος, τότε έχει άπειρη πυκνότητα. Και, όσο οι ερευνητές ρίχνουν γύρω από τη λέξη "άπειρο", δεν υπάρχουν τέτοιες infinities στη φύση. Αντ 'αυτού, όταν συναντάτε ένα άπειρο σε μια πραγματική, φυσική, επιστημονική κατάσταση, αυτό που πραγματικά σημαίνει είναι ότι έχετε ωθήσει τα μαθηματικά σας πέρα από τη σφαίρα όπου εφαρμόζονται. Χρειάζεστε νέα μαθηματικά.
Είναι εύκολο να δώσετε ένα οικείο παράδειγμα αυτού. Ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα λέει ότι η δύναμη της βαρυτικής έλξης αλλάζει ως μία στην απόσταση τετραγωνισμένη μεταξύ δύο αντικειμένων. Έτσι εάν πήρατε μια μπάλα που βρίσκεται μακριά από τη Γη, θα βιώσει ένα συγκεκριμένο βάρος. Στη συνέχεια, καθώς το έφερα πιο κοντά στη Γη, το βάρος θα αυξηθεί. Λαμβάνοντας αυτή την εξίσωση στο άκρο, καθώς φέρατε το αντικείμενο κοντά στο κέντρο της Γης, θα βιώσει μια άπειρη δύναμη. Αλλά δεν το κάνει.
Αντίθετα, καθώς φέρετε το αντικείμενο κοντά στην επιφάνεια της Γης, ο απλός νόμος βαρύτητας του Νεύτωνα δεν ισχύει πλέον. Πρέπει να λάβετε υπόψη την πραγματική κατανομή της μάζας της Γης και αυτό σημαίνει ότι πρέπει να χρησιμοποιήσετε διαφορετικές και πιο σύνθετες εξισώσεις που προβλέπουν διαφορετική συμπεριφορά. Ομοίως, ενώ η θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ότι υπάρχει ένα μοναδικότητα άπειρης πυκνότητας στο κέντρο των μαύρων οπών, αυτό δεν μπορεί να είναι αλήθεια. Σε πολύ μικρά μεγέθη, πρέπει να αρχίσει να παίζει μια νέα θεωρία της βαρύτητας. Έχουμε ένα γενικό όνομα για αυτή τη νέα θεωρία: Ονομάζεται κβαντική βαρύτητα.
Το όνομα κβαντική βαρύτητα απλά σημαίνει "βαρύτητα στις μικρότερες κλίμακες", αλλά η φράση δεν συνεπάγεται μια συγκεκριμένη θεωρία. Ωστόσο, έχουν γίνει συγκεκριμένες θεωρητικές προτάσεις που θα περιγράφουν τη βαρύτητα όπως είναι στον μικρόκοσμο. Μια πρόταση ονομάζεται βρόχος κβαντική βαρύτητα.
Η κβαντική βαρύτητα του βρόχου είναι σαφώς καθορισμένη μαθηματικά και εκφράζει τον ιστό του χωροχρόνου ως πλέγμα δικτύων περιστροφής, τα οποία εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου. Τα δίκτυα περιστροφής είναι απλώς μια μαθηματική διατύπωση που περιγράφει πώς αλληλεπιδρούν τα σωματίδια και τα πεδία. Από πιο πρακτική άποψη, η κβαντική βαρύτητα του βρόχου προβλέπει ότι ο χωροχρόνος είναι κβαντισμένος, με τη μικρότερη δυνατή μονάδα ή κομμάτι χώρου και χρόνου, πέρα από τον οποίο ο χωροχρόνος δεν μπορεί να υποδιαιρεθεί περαιτέρω.
Η κβαντική βαρύτητα του βρόχου είναι μια δύσκολη μαθηματική θεωρία που αντιστέκεται στην παραγωγή επαληθεύσιμων προβλέψεων μέσα στις μαύρες τρύπες. Ωστόσο, ο Abhay Ashtekar και ο Javier Olmedo στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας και ο Parampreet Singh στο Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα έχουν εφαρμόσει την κβαντική βαρύτητα του βρόχου στο κέντρο των μαύρων τρυπών. Υποστηρίζουν ότι το αποτέλεσμα δεν είναι ιδιαιτερότητα.
Ο υπολογισμός τους προβλέπει ότι ο χωροχρόνος είναι πολύ καμπύλος κοντά στο κέντρο της μαύρης τρύπας. Το αποτέλεσμα είναι ότι ο χωροχρόνος συνεχίζει σε μια περιοχή στο μέλλον που έχει τη δομή μιας λευκής τρύπας. Μια άσπρη τρύπα είναι σαν μια μαύρη τρύπα στην αντίθετη κατεύθυνση, που σημαίνει ότι σε αντίθεση με μια μαύρη τρύπα, η οποία τραβά την ύλη μέσα, μια λευκή τρύπα πυροβολεί το θέμα έξω.
Υπάρχει ίσως ένας άλλος τρόπος για να φανταστεί κανείς τι προβλέπουν. Είναι γνωστό ότι σε ισχυρά βαρυτικά πεδία, ο χρόνος επιβραδύνεται. Και οι μαύρες τρύπες περιέχουν τα ισχυρότερα βαρυτικά πεδία του σύμπαντος. Εξαιτίας αυτού, μια πιθανή ερμηνεία αυτού του νέου έργου είναι ότι η ύλη πέφτει σε μια μαύρη τρύπα και στη συνέχεια "αναπηδά", πυροβολώντας την μάζα πίσω στον κόσμο. Επειδή ο χρόνος είναι τόσο αργός κοντά στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, αυτή η διαδικασία απλά παίρνει ένα τεράστιο χρονικό διάστημα. Εάν οι ερευνητές είναι σωστοί, στο πολύ μακρινό μέλλον, όπου τώρα υπάρχουν μαύρες τρύπες, η ύλη θα εκραγεί, θα διαδώσει το θέμα σε όλο τον κόσμο.
Όπως πάντα στη θεωρητική επιστήμη, υπάρχουν πολλές ενδιαφέρουσες και προκλητικές ιδέες που απλά δεν είναι αληθινές και αυτό μπορεί να είναι ένα από αυτά. Επομένως, είναι σημαντικό να δούμε αν υπάρχει πειραματική υποστήριξη για θεωρητικές ιδέες όπως αυτές.
Υπάρχουν μερικές δυνατότητες. Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει πολύ υψηλά ενεργειακά φαινόμενα στο διάστημα τα οποία δεν έχουν εξηγήσει πλήρως. Το ένα είναι η ύπαρξη κοσμικών ακτίνων πολύ υψηλής ενέργειας που έπληξαν την ατμόσφαιρα της Γης. Ένα άλλο είναι αυτά που αποκαλούνται "γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις", που είναι όταν παρατηρείται μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας ραδιενέργειας σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Και τα δύο αυτά φαινόμενα θα μπορούσαν, τουλάχιστον κατ 'αρχήν, να είναι η υπογραφή μιας μαύρης τρύπας που θα μεταβεί σε μια λευκή τρύπα.
Είναι σίγουρα πρόωρη η αποδοχή αυτής της νέας ενδιαφέρουσας ιδέας. Αντίθετα, θα ήταν συνετό να δούμε πώς εκτυλίσσονται οι συνεχιζόμενοι υπολογισμοί χρησιμοποιώντας την κβαντική βαρύτητα βρόχου. Εάν οι προβλέψεις βελτιωθούν και αρχίσουν να μοιάζουν περισσότερο με μερικά από τα ανεξήγητα παρατηρούμενα αστρονομικά φαινόμενα, αυτό το νέο αποτέλεσμα θα μπορούσε να εξηγήσει πώς λειτουργεί η κβαντική βαρύτητα και να αναμορφώσει την κατανόησή μας τόσο για το παρελθόν όσο και για το μέλλον του σύμπαντος μας.
Ο Don Lincoln είναι ερευνητής φυσικής στο Fermilab. Είναι ο συγγραφέας του "Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων: Η Εξαιρετική Ιστορία του Βόσμωνα Χιγκς και άλλα πράγματα που θα πνίξουν το μυαλό σας»(Πανεπιστημιακός Τύπος του Johns Hopkins, 2014), και παράγει μια σειρά επιστημονικής εκπαίδευσης Βίντεο. Ακολούθα τον στο Facebook. Οι απόψεις που εκφράζονται σε αυτό το σχόλιο είναι του.
Ο Ντον Λίνκολν συνέβαλε αυτό το άρθρο στο Live Science Εξειδικευμένες φωνές: Op-Ed & Insights.
