Phillip Hopkins
0 
1812
58
Sorte hull er blant de mest mystiske stedene i universet; steder der selve stoffet med rom og tid er fordreiet så dårlig at ikke engang lys kan slippe ut av dem. I følge Einsteins teori om generell relativitet, ligger deres sentrum i en singularitet, et sted der massen til mange stjerner knuses til et volum med nøyaktig null størrelse. Imidlertid kan to nylige fysiske artikler, som ble publisert den 10. desember i henholdsvis tidsskriftene Physical Review Letters og Physical Review D, få forskere til å vurdere det vi tror vi vet om sorte hull. Svarte hull vil kanskje ikke vare evig, og det er mulig at vi helt misforsto deres natur og hvordan de ser ut i sentrum, ifølge avisene. [Stephen Hawkings mest fjerne ideer om svarte hull]
Kanten av Einsteins fysikk
Astronomer og fysikere har lenge holdt fast at ideen om en singularitet ganske enkelt må være feil. Hvis en gjenstand med masse ikke har størrelse, har den uendelig tetthet. Og så mye som forskere kaster rundt ordet "uendelig", eksisterer ikke uendelighet av den typen i naturen. I stedet, når du møter en uendelig i en reell, fysisk, naturvitenskapelig situasjon, hva det egentlig betyr er at du har presset matematikken utover riket der de gjelder. Du trenger ny matematikk.
Det er lett å gi et kjent eksempel på dette. Newtons tyngdelov sier at styrken til gravitasjonsattraksjonen endres når den er over kvadratet mellom to objekter. Så hvis du tok en ball plassert langt fra Jorden, ville den oppleve en viss vekt. Da du førte den nærmere jorden, ville vekten øke. Når du tar den ligningen til det ytterste, mens du førte gjenstanden nær jordens sentrum, ville den oppleve en uendelig kraft. Men det gjør det ikke.
I stedet, når du bringer gjenstanden nær jordens overflate, gjelder ikke lenger Newtons enkle tyngdelov. Du må ta hensyn til den faktiske fordelingen av jordas masse, og dette betyr at du må bruke forskjellige og mer komplekse ligninger som forutsier forskjellig atferd. Tilsvarende, mens Einsteins teori om generell relativitet forutsier at en singularitet med uendelig tetthet eksisterer i sentrum av svarte hull, kan dette ikke være sant. I veldig små størrelser må en ny teori om tyngdekraft komme inn. Vi har et generisk navn for denne nye teorien: Den kalles kvantegravitasjon. [8 måter du kan se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv]
Navnet kvantetyngdekraft betyr ganske enkelt "tyngdekraft i de minste skalaene", men uttrykket innebærer ikke en spesifikk teori. Imidlertid er det kommet konkrete teoretiske forslag som vil beskrive tyngdekraften som i mikrokosmos. Ett forslag kalles loop kvantegravitasjon.
Loop kvantetyngdekraft er veldefinert matematisk, og det uttrykker stoffets rom-tid som et gitter av spinnnettverk, som utvikler seg over tid. Spinn-nettverk er bare en matematisk formulering som beskriver hvordan partikler og felt samvirker. Fra et mer praktisk synspunkt, spår sløyfekvantvekt at rom-tid blir kvantifisert, med en minst mulig enhet eller et stykke rom og tid, utover hvilket rom-tid ikke kan deles videre.
Loop kvantetyngdekraft er en vanskelig matematisk teori som har motstått å lage testbare prediksjoner inne i sorte hull. Imidlertid har Abhay Ashtekar og Javier Olmedo ved Pennsylvania State University og Parampreet Singh ved Louisiana State University brukt sløyfekvantitet på midten av sorte hull. De hevder at resultatet ikke er en singularitet.
Beregningen deres forutsier at rom-tid er veldig sterk buet nær midten av det sorte hullet. Resultatet er at romtid fortsetter inn i et område i fremtiden som har strukturen til et hvitt hull. Et hvitt hull er som et svart hull i omvendt retning, noe som betyr at i motsetning til et svart hull, som drar materien inn, skyter et hvitt hull ut saken.
Det er kanskje en annen måte å forestille seg hva de spår. Det er velkjent at tiden i sterke gravitasjonsfelt bremser. Og sorte hull inneholder de sterkeste gravitasjonsfeltene i universet. På grunn av dette er en mulig tolkning av dette nye verket at materien faller ned i et svart hull og deretter "spretter", og skyter massen tilbake over kosmos. Fordi tiden er så treg nær midten av et svart hull, tar den prosessen ganske enkelt enorm tid. Hvis forskerne har rett i den fjerne fremtiden, hvor det nå er sorte hull, vil materie bryte ut og spre materie i hele kosmos.
Som alltid i teoretisk vitenskap er det mange interessante og provoserende ideer som bare ikke stemmer, og dette kan være en av dem. Så det er viktig å se om det er eksperimentell støtte for teoretiske ideer som disse.
Det er noen få muligheter. Forskere har observert veldig høye energifenomener i verdensrommet som ikke er blitt fullstendig forklart. Den ene er eksistensen av kosmiske stråler med meget høy energi som treffer Jordens atmosfære. En annen er det som kalles "raske radioutbrudd", som er når en stor mengde radioenergi blir observert på veldig kort tid. Begge disse fenomenene kan, i det minste i prinsippet, være signaturen til et svart hull som går over til et hvitt hull.
Det er absolutt for tidlig å akseptere denne interessante nye ideen. I stedet ville det være forsvarlig å se hvordan pågående beregninger som bruker loopkvantityvhet utfolder seg. Hvis spådommer forbedres og begynner å ligne mer på noen av de uforklarlige observerte astronomiske fenomenene, kan det være at dette nye resultatet både vil forklare hvordan kvantegravitasjon fungerer og omforme vår forståelse av både universets fortid og fremtid..
- De største uløste mysteriene i fysikk
- Hva er det? Dine fysiske spørsmål besvart
- Vitenskapsfakta eller fiksjon? Sannsynligheten for 10 Sci-Fi-konsepter
Opprinnelig publisert på .
Don Lincoln er fysikkforsker på Fermilab. Han er forfatteren av "The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind"(Johns Hopkins University Press, 2014), og han produserer en serie vitenskapsutdanning videoer. Følg etter ham på Facebook. Meningene som kommer til uttrykk i denne kommentaren er hans.
Don Lincoln bidro med denne artikkelen til Ekspertstemmer: Op-Ed & Insights.