Thomas Dalton
0 
4044
726
Sorte huller er blandt de mest mystiske steder i universet; placeringer, hvor selve rummet af tid og tid er fordrejet så dårligt, at ikke engang lys kan undslippe fra dem. I henhold til Einsteins teori om generel relativitet ligger i deres centrum en singularitet, et sted, hvor massen af mange stjerner knuses til et volumen med nøjagtigt nulstørrelse. To nylige fysikdokumenter, der blev offentliggjort den 10. december i henholdsvis tidsskrifterne Physical Review Letters og Physical Review D, kan dog få forskere til at overveje, hvad vi tror, vi ved om sorte huller. Sorte huller varer muligvis ikke for evigt, og det er muligt, at vi fuldstændig har misforstået deres natur og hvordan de ser ud i midten, ifølge papirerne. [Stephen Hawkings mest fjerne ideer om sorte huller]
Kanten af Einsteins fysik
Astronomer og fysikere har længe holdt fast, at ideen om en singularitet simpelthen skal være forkert. Hvis et objekt med masse ikke har nogen størrelse, har det uendelig tæthed. Og lige så meget som forskere kaster ordet "uendelig", eksisterer uendeligheder af den slags ikke i naturen. I stedet for, når du støder på et uendeligt i en reel, fysisk, videnskabelig situation, hvad det virkelig betyder er, at du har skubbet din matematik ud over det område, hvor de finder anvendelse. Du har brug for ny matematik.
Det er let at give et kendt eksempel på dette. Newtons tyngdelov siger, at styrken af gravitationsattraktionen ændrer sig, når den over kvadratet mellem to objekter er kvadratisk. Så hvis du tog en bold placeret langt fra Jorden, ville den opleve en vis vægt. Efterhånden som du bragte den tættere på Jorden, ville vægten stige. Ved at tage denne ligning til det ekstreme, da du bragte objektet tæt på Jordens centrum, ville det opleve en uendelig kraft. Men det gør det ikke.
I stedet for, når du bringer objektet tæt på jordoverfladen, gælder Newtons enkle tyngdelov ikke længere. Du skal tage højde for den faktiske fordeling af Jordens masse, og det betyder, at du er nødt til at bruge forskellige og mere komplekse ligninger, der forudsiger forskellige opførsler. Selvom Einsteins teori om generel relativitet forudsiger, at der findes en enestående uendelig tæthed i midten af sorte huller, kan dette ikke være sandt. I meget små størrelser skal en ny teori om tyngdekraft komme i spil. Vi har et generisk navn på denne nye teori: Det kaldes kvantetyngdekraft. [8 måder du kan se Einsteins relativitetsteori i det virkelige liv]
Navnet kvantetyngdekraft betyder simpelthen "tyngdekraft i de mindste skalaer", men udtrykket indebærer ikke en bestemt teori. Der er dog fremsat specifikke teoretiske forslag, der vil beskrive tyngdekraften, som den er i mikrokosmos. Et forslag kaldes loop kvante tyngdekraft.
Kvantetyngdens sløjfe er veldefineret matematisk, og det udtrykker rumtidens struktur som et gitter af spin-netværk, der udvikler sig over tid. Spin-netværk er kun en matematisk formulering, der beskriver, hvordan partikler og felter interagerer. Fra et mere praktisk synspunkt forudsiger loop kvantetyngdekraft, at rum-tid kvantificeres, med en mindst mulig enhed eller et stykke plads og tid, ud over hvilket rum-tid ikke kan opdeles yderligere.
Loop kvantetyngdekraft er en vanskelig matematisk teori, der har modstået fremstilling af testbare forudsigelser inde i sorte huller. Imidlertid har Abhay Ashtekar og Javier Olmedo ved Pennsylvania State University og Parampreet Singh ved Louisiana State University anvendt sløjfekvantitet på midten af sorte huller. De hævder, at resultatet ikke er en entydighed.
Deres beregning forudsiger, at rumtid er krummet meget stærkt nær midten af det sorte hul. Resultatet er, at rumtid fortsætter ind i et område i fremtiden, der har strukturen i et hvidt hul. Et hvidt hul er som et sort hul i modsat retning, hvilket betyder, at i modsætning til et sort hul, der trækker stof ind, skyder et hvidt hul materie ud.
Der er måske en anden måde at forestille sig, hvad de forudsiger. Det er velkendt, at tiden i stærke tyngdefelt bremser. Og sorte huller indeholder de stærkeste tyngdefelter i universet. På grund af dette er en mulig fortolkning af dette nye værk, at materie falder ned i et sort hul og derefter "hopper" og skyder massen tilbage over kosmos. Fordi tiden går så langsomt nær midten af et sort hul, tager denne proces ganske enkelt en enorm mængde tid. Hvis forskerne er rigtige, i den meget fjerne fremtid, hvor der nu er sorte huller, vil materie sprænge ud og sprede stof gennem kosmos.
Som altid inden for teoretisk videnskab er der mange interessante og provokerende ideer, der bare ikke er rigtige, og dette kan være en af dem. Så det er vigtigt at se, om der er eksperimentel støtte til teoretiske ideer som disse.
Der er et par muligheder. Forskere har observeret meget høje energifenomener i rummet, som ikke er blevet fuldstændigt forklaret. Den ene er eksistensen af kosmiske stråler med meget høj energi, der rammer Jordens atmosfære. Et andet er, hvad der kaldes "hurtige radioburst", hvilket er, når en stor mængde radioenergi observeres på meget kort tid. Begge disse fænomener kunne i det mindste i princippet være underskriften på et sort hul, der overgår til et hvidt hul.
Det er bestemt for tidligt at acceptere denne interessante nye idé. I stedet ville det være klogt at se, hvordan løbende beregninger ved hjælp af løkkekvanttyngdekraften udfoldes. Hvis forudsigelser forbedres og begynder at ligne nogle af de uforklarlige observerede astronomiske fænomener, kan det være, at dette nye resultat både vil forklare, hvordan kvantetyngdekraft fungerer og omforme vores forståelse af både universets fortid og fremtid.
- De største uløste mysterier i fysik
- Hvad er det? Dine fysiske spørgsmål besvaret
- Videnskabsfakta eller fiktion? Sandsynligheden for 10 Sci-Fi-koncepter
Oprindeligt offentliggjort den .
Don Lincoln er fysikforsker hos Fermilab. Han er forfatteren af "Den store Hadron Collider: Den ekstraordinære historie om Higgs Boson og andre ting, der vil sprænge dit sind"(Johns Hopkins University Press, 2014), og han producerer en række videnskabsuddannelser videoer. Følg ham på Facebook. Synspunkterne i denne kommentar er hans.
Don Lincoln bidrog med denne artikel til Ekspertstemmer: Op-Ed & indsigt.