Šta se nalazi u središtu Crne rupe? Nova teorija otkriva što nismo znali

Horizont događaja predstavlja granicu iza koje ni svjetlost više ne može pobjeći, zbog čega je nemoguće direktno posmatrati šta se dešava unutra. U udžbenicima se singularnost, središte crne rupe, pojednostavljeno prikazuje kao tačka nulte dimenzije i beskonačne gustine.

Međutim, novo naučno istraživanje, koje će uskoro biti objavljeno u časopisu Physical Review D, sugeriše da je takav prikaz pogrešan, piše ScienceAlert.

Teorijski fizičari Andrew J. S. Hamilton sa Univerziteta Colorado Boulder i Tyler McMaken sa Univerziteta Mary u svom radu iznose tezu da je singularnost zapravo ravna, trodimenzionalna površina.

„Studentima u šali kažem da crne rupe uvijek prkose mojoj intuiciji“, izjavio je Hamilton za ScienceAlert.

„Da, bilo je to iznenađenje. Istovremeno, to je objasnilo zašto Schwarzschildova singularnost izgleda ravno.“

Od tačke do prstena

Unutar crne rupe prostor se urušava prema singularnosti brzinom većom od brzine svjetlosti. Fizičari su do 1930-ih godina tu singularnost zamišljali kao tačku.

Slika se počela mijenjati 1960-ih, kada su istraživanja Kerrove crne rupe, koja rotira, otkrila da centrifugalna sila usporava urušavanje.

Rezultat je singularnost u obliku prstena, a ne tačke. Ipak, za Schwarzschildovu crnu rupu, koja ne rotira, teorija o singularnosti kao tački i dalje je bila dominantna. Taj model zadržao se jer ga je jednostavno vizualizirati, podučavati i razumjeti.

Misaoni eksperiment

Hamilton je, međutim, još prije nekoliko decenija počeo sumnjati da model tačke ne opisuje ispravno fiziku Schwarzschildove crne rupe. Njegove sumnje potaknula su pitanja studenata na uvodnom kursu astronomije 1998. godine. Tada je izradio vizualizacije pada u crnu rupu prema općoj teoriji relativnosti, a rezultat je bila – površina.

„Izvijestio sam o onome što sam vidio, ali nisam to pokušao objasniti jer nisam razumio“, rekao je. „Očigledno je da smo bili suzdržani. Put do razumijevanja trajao je decenijama.“

Hamilton je shvatio da se odgovor krije u misaonom eksperimentu koji prati dva posmatrača dok padaju u istu crnu rupu iz suprotnih smjerova. Pitanje je bilo jednostavno: gdje će završiti? Da je singularnost tačka, oba posmatrača morala bi stići na isto mjesto. Međutim, Hamilton i McMaken pokazuju da se to prema općoj teoriji relativnosti nikada ne može dogoditi. Kako posmatrači padaju, zakrivljenost prostor-vremena crne rupe sprječava da svjetlost ili bilo koji drugi signal putuje između njih. Oni postaju trajno uzročno razdvojeni, što znači da jedan ne može utjecati na drugoga niti znati bilo šta o njegovim posljednjim trenucima.

Hamilton i McMaken ističu da se posmatrači ne mogu susresti u istom događaju u prostor-vremenu ako prije dolaska do singularnosti više ne mogu razmjenjivati informacije. Ta kontradikcija nestaje ako je singularnost trodimenzionalna prostorna površina na koju svaki posmatrač stiže na različitoj lokaciji.

Ili, kako je to Hamilton formulisao još 2010. godine: „Singularnost nije tačka. Umjesto toga, to je trodimenzionalna prostorna granica na kojoj opća relativnost počini samoubistvo.“

Posljedice za kvantnu gravitaciju

Ovaj rad ne odnosi se samo na Schwarzschildove crne rupe. Dugo se smatralo da su prstenaste singularnosti Kerrovih crnih rupa fundamentalno drugačije, ali možda te dvije vrste ipak nisu toliko različite. Autori navode da bi se realistična Kerrova crna rupa urušila u prostornu singularnu površinu na svom unutrašnjem horizontu. Time bi njena singularnost postala sličnija onoj Schwarzschildove crne rupe nego što to prikazuju klasični udžbenici.

To znači da bi ovo istraživanje moglo iz temelja promijeniti način na koji fizičari razmišljaju o singularnostima. Ako je Schwarzschildova singularnost površina, a ne tačka, mijenja se matematički okvir u kojem opća relativnost prestaje važiti. To ujedno mijenja i polazište za svaku buduću teoriju kvantne gravitacije.

„Kvantna gravitacija je GLAVNO pitanje teorijske fizike, a singularne površine crnih rupa mjesta su gdje se kvantna gravitacija događa u našem svemiru“, objasnio je Hamilton.

„Veliki dio literature o kvantnoj gravitaciji je apstraktan i odvojen od stvarnosti. Voljeli bismo vidjeti da se naučna zajednica razvija u realističnijim pravcima.“

Kvantna gravitacija dugo je tražena teorija koja bi trebala ujediniti Einsteinovu opću relativnost, koja opisuje gravitaciju na kosmičkom nivou, s kvantnom mehanikom, koja upravlja atomskim i subatomskim svijetom. Obje teorije odlično funkcionišu zasebno, ali postaju matematički nespojive u ekstremnim uslovima unutar crne rupe.

„Visoki cilj moderne teorijske fizike jeste održiva teorija kvantne gravitacije. Još nismo stigli do nje“, rekao je Hamilton. „Nadamo se da možemo ostvariti napredak istraživanjem mjesta na kojima se kvantna gravitacija mora manifestovati.“

Istraživanje je prihvaćeno za objavu u časopisu Physical Review D.

(Vijesti.ba)