Teoretičtí fyzik navrhli potenciální řešení jednoho z nejvíce záhadných problémů v moderní fyzice: černá díra Singularity Paradox. Úpravou Einsteinovy teorie obecného relativitaStřed černé díry s nekonečným zakřivením lze nahradit vysoce zakřivenou, ale pravidelnou oblastí časoprostoru, navrhují vědci v nové studii.
„Singularity jsou regiony vesmíru, kde jsou prostor, čas a hmota rozdrceny a nataženy do neexistence,“ spoluautor studie Robie HennigarPostdoktorský výzkumný pracovník na Durhamské univerzitě ve Velké Británii řekl Live Science e -mailem. „Je to velmi vážný problém, jako by v našem vesmíru skutečně existovaly singularity, bylo by to pro vědu katastrofické.
„Už jsme nemohli používat rovnice fyzika Abychom předpovídali budoucnost z minulosti a současnosti, „pokračoval.
Související: Vědci možná právě objevili 300 nejvzácnějších černých děr ve vesmíru
Oprava Einsteina
Od svého zavedení v roce 1915 byla obecná relativita pozoruhodně úspěšná při vysvětlování astrofyzikálních a kosmologických jevů, včetně tvorby černých děr, struktury neutronových hvězd a Struktura ve velkém měřítku a vývoj vesmíru.
Teorie však má základní omezení. Je to nekompatibilní s Kvantová mechanikakteré řídí chování částic na nejmenších měřítcích a předpovídá singularitu – body nekonečné hustoty – ve středech černých děr a v Velký třesk.
K vyřešení tohoto problému vědci použili koncept známý jako kvantová gravitace, který se běžně používá ve snaze sjednotit Einsteinovu obecnou relativitu s kvantovou mechanikou, která předpovídá nepřetržité vytváření částic a zničení v prázdném prostoru, spolu s neustálými fluktuacemi ve všech oblastech, včetně gravitace. Jejich studie, zveřejněná v únoru v časopise Fyzikální dopisy bnaznačuje, že při extrémně vysokých energiích nebo neuvěřitelně malých vzdálenostech by měla být obecná relativita modifikována nekonečnou řadou dalších termínů ve svých rovnicích.
„V kvantová gravitaceJeden zvažuje všechny opravy rovnic souvisejících s energií a hybností systému s prostorovým zakřivením, které jsou v souladu se známými fyzickými principy, „řekl Hennigar.
Začleněním těchto úprav do svých výpočtů vědci zkoumali, jak by se pod tímto revidovaným rámcem chovaly černé díry. Jejich výsledky ukázaly, že když je zahrnut nekonečný počet nových výrazů, singularita zmizí. Místo nekonečně hustého bodu se jádro černé díry stává vysoce zakřivenou, ale běžnou oblastí časoprostoru.
Testování teorie
Ačkoli nový model matematicky řeší problém singularity, vědecké teorie musí být nakonec testovány pozorováním. Vědci uznali, že přímo potvrzení jejich myšlenky představuje významnou výzvu.
„Absence samotné singularity je obtížné experimentálně testovat, protože by se vyskytovala uvnitř černé díry nebo na samém začátku vesmíru,“ Pablo CanoPostdoktorský výzkumný pracovník na University of Barcelona a další spoluautor studie řekl Live Science v e-mailu. „Můžeme však hledat podpisy teorií, které vedou k rozlišení singularity.
„Úpravy obecné relativity, které považujeme za větší v silnějších gravitačních polích, ale jsou jinak velmi malé,“ dodal Cano. „To znamená, že například gravitační vlny pocházející z kolizí černých děr – kde jsou gravitační pole mnohem silnější než v sluneční soustava – Poskytněte způsob hledání těchto účinků. “
Další slibnou cestou je studium raného vesmíru. Pokud by účinky této modifikované gravitační teorie ovlivnily kosmickou inflaci – rychlá expanze, která následovala po velkém třesku – mohou být důkazy o těchto změnách potištěny v pravěkých gravitačních vlnách. Budoucí experimenty zaměřené na tyto signály by mohly pomoci otestovat platnost teorie.
Další kroky
Kromě toho je zapotřebí další teoretické práce k určení, zda černé díry bez singularity se mohou přirozeně tvořit gravitačním kolapsem a zda přístup týmu může řešit jiné typy singularit, jako jsou ty spojené s velkým třeskem.
„Nedávno jsme ukázali, že kolaps určitého typu hmoty dává v tomto rámci vzniknout k vytvoření těchto běžných černých děr,“ řekl Pablo Buenovýzkumný pracovník na University of Barcelona a spoluautor studie. „Chtěli bychom to otestovat podle obecnějších předpokladů. To může vést k zajímavým funkcím v jiných oblastech, jako jsou explicitní modely Skákání kosmologií ve kterém je obvyklý scénář Big Bang nahrazen nekonečnou řadou rozsáhlých a smluvních fází. “
Kvíz Black Hole: Jak supermassive je vaše znalost vesmíru?
