Yurii Mongol
0 
1258
172
Černé díry patří mezi nejzáhadnější místa ve vesmíru; místa, kde je samotná struktura prostoru a času deformována tak špatně, že z nich nemůže uniknout ani světlo. Podle Einsteinovy teorie obecné relativity leží v jejich středu singularita, místo, kde je hmota mnoha hvězd rozdrcena na objem s přesně nulovou velikostí. Dva nedávné články z fyziky, publikované 10. prosince v časopisech Physical Review Letters a Physical Review D, však mohou vědce přehodnotit, co si myslíme, že víme o černých dírách. Černé díry nemusí trvat věčně a je možné, že jsme úplně nepochopili jejich povahu a to, jak vypadají ve středu, podle novin. [Stephen Hawking je nejdálnější nápady na černé díry]
Okraj Einsteinovy fyziky
Astronomové a fyzici již dlouho tvrdí, že myšlenka singularity se prostě musí mýlit. Pokud objekt s hmotou nemá žádnou velikost, má nekonečnou hustotu. A stejně jako vědci házejí slovo „nekonečno“, nekonečna tohoto druhu v přírodě neexistují. Místo toho, když narazíte na nekonečno v reálné, fyzické, vědecké situaci, to ve skutečnosti znamená, že jste posunuli svou matematiku za oblast, kde platí. Potřebujete novou matematiku.
Je snadné uvést známý příklad. Newtonův gravitační zákon říká, že síla gravitační přitažlivosti se mění s tím, jak se vzdálenost mezi dvěma objekty mění na druhou. Takže kdybyste si vzali míč umístěný daleko od Země, zažilo by to určitou váhu. Když jste ji přiblížili k Zemi, hmotnost se zvýšila. Když vezmeme tuto rovnici do extrému, když jste přiblížili předmět blízko středu Země, zažila by nekonečnou sílu. Ale ne.
Místo toho, jak přiblížíte objekt k povrchu Země, Newtonův jednoduchý gravitační zákon již neplatí. Musíte vzít v úvahu skutečné rozdělení hmoty Země, což znamená, že musíte použít různé a složitější rovnice, které předpovídají odlišné chování. Podobně, zatímco Einsteinova teorie obecné relativity předpovídá, že ve středu černých děr existuje singularita nekonečné hustoty, to nemůže být pravda. U velmi malých velikostí musí přijít do hry nová teorie gravitace. Pro tuto novou teorii máme obecný název: nazývá se to kvantová gravitace. [8 způsobů, jak můžete vidět Einsteinovu teorii relativity v reálném životě]
Název kvantová gravitace jednoduše znamená „gravitace na nejmenších stupnicích“, ale věta neznamená konkrétní teorii. Byly však učiněny konkrétní teoretické návrhy, které by popisovaly gravitaci jako v mikrokosmu. Jeden návrh se nazývá smyčková kvantová gravitace.
Smyčková kvantová gravitace je matematicky dobře definována a vyjadřuje strukturu časoprostoru jako mříž spřádacích sítí, které se postupem času vyvíjejí. Spinové sítě jsou pouze matematickou formulací, která popisuje interakci částic a polí. Z praktičtějšího hlediska smyčková kvantová gravitace předpovídá, že je kvantován časoprostor, s nejmenší možnou jednotkou nebo kusem prostoru a času, za níž nelze časoprostor dále rozdělit.
Smyčková kvantová gravitace je obtížná matematická teorie, která odolávala vytváření testovatelných předpovědí uvnitř černých děr. Abhay Ashtekar a Javier Olmedo na Pennsylvánské státní univerzitě a Parampreet Singh na Louisianské státní univerzitě však aplikovali kvantovou gravitaci smyčky na střed černých děr. Tvrdí, že výsledkem není singularita.
Jejich výpočet předpovídá, že časoprostor je velmi silně zakřivený blízko středu černé díry. Výsledkem je, že časoprostor pokračuje v budoucnu do oblasti, která má strukturu bílé díry. Bílá díra je jako černá díra v obráceném stavu, což znamená, že na rozdíl od černé díry, která vtahuje hmotu, bílá díra střílí hmotu ven.
Možná existuje další způsob, jak si představit, co předpovídají. Je známo, že v silných gravitačních polích se čas zpomaluje. A černé díry obsahují nejsilnější gravitační pole ve vesmíru. Z tohoto důvodu je jednou z možných interpretací této nové práce to, že hmota spadne do černé díry a pak „odrazí“ a střílí hmotu zpět přes vesmír. Protože čas je tak blízko středu černé díry tak pomalý, tento proces prostě zabírá obrovské množství času. Pokud mají vědci pravdu, ve velmi vzdálené budoucnosti, kde jsou nyní černé díry, bude hmota vybuchovat, šíří hmotu po celém vesmíru.
Jako vždy v teoretické vědě, existuje mnoho zajímavých a provokativních myšlenek, které prostě nejsou pravdivé, a to může být jeden z nich. Je proto důležité zjistit, zda existuje experimentální podpora teoretických nápadů, jako jsou tyto.
Existuje několik možností. Vědci pozorovali ve vesmíru velmi energetické jevy, které nebyly zcela vysvětleny. Jedním je existence kosmických paprsků s velmi vysokou energií, které zasáhly zemskou atmosféru. Další je to, co se nazývá „rychlé rádiové výbuchy“, což je situace, kdy je ve velmi krátkém čase pozorováno velké množství radiové energie. Oba tyto jevy by mohly být, alespoň v zásadě, podpisem černé díry přecházející do bílé díry.
Je jistě předčasné přijmout tento zajímavý nový nápad. Místo toho by bylo rozumné sledovat, jak se odvíjí probíhající výpočty využívající smyčkovou kvantovou gravitaci. Pokud se předpovědi zlepší a začnou vypadat spíše jako některé z nevysvětlitelných pozorovaných astronomických jevů, mohlo by to být tak, že tento nový výsledek vysvětlí, jak funguje kvantová gravitace, a přetvoří naše chápání minulosti i budoucnosti našeho vesmíru..
- Největší nevyřešená tajemství ve fyzice
- Co to je? Vaše fyzikální otázky zodpovězeny
- Vědecké fakta nebo fikce? Pravděpodobnost 10 konceptů Sci-Fi
Původně publikováno dne .
Don Lincoln je vědecký pracovník ve fyzice Fermilab. Je autorem knihy „Velký Hadron Collider: Mimořádný příběh Higgsova bosona a dalších věcí, které vám vyfouknou mysl„(Johns Hopkins University Press, 2014) a produkuje řadu přírodovědného vzdělávání videa. Následuj ho na Facebooku. Názory vyjádřené v tomto komentáři jsou jeho.
Don Lincoln přispěl k tomuto článku Expert Voices: Op-Ed & Insights.