Šta je u središtu crne rupe? Dugo se mislilo da je tačka, naučnici došlo do novog zaključka

Unutrašnjost crne rupe, skrivena iza horizonta događaja i dalje je potpuna nepoznanica naučnicima. Horizont događaja je granica sa koje čak ni svetlost ne može da pobegne, zbog čega je nemoguće direktno posmatrati šta se dešava unutra. U udžbenicima se singularitet, središte crne rupe, pojednostavljeno prikazuje kao tačka nultih dimenzija i beskonačne gustine.

Međutim, novi naučni rad, koji će uskoro biti objavljen u časopisu "Physical Review D", sugeriše da je ovaj prikaz netačan, izveštava ScienceAlert.

Veliko otkriće u svemiru: Astronomi prvi put pronašli "nestalu" crnu rupu

Otkriven prvi mogući egzomesec van Sunčevog sistema: Kruži oko mrtve zvezde koja je veća od Jupitera 30 puta

U radu, teorijski fizičari Endru DŽ. S. Hamilton sa Univerziteta Kolorado u Boulderu i Tajler Mekmejken sa Univerziteta Meri tvrde da je singularitet zapravo ravna, trodimenzionalna površina.

„U šali kažem studentima da crne rupe uvek prkose mojoj intuiciji. Da, bilo je iznenađenje. Istovremeno, objasnilo je zašto Švarcšildov singularitet izgleda ravno“, rekao je Hamilton za ScienceAlert.

Od tačke do prstena

Unutar crne rupe, prostor se urušava prema singularnosti brzinom većom od svetlosti. Fizičari su do tridesetih godina dvadesetog veka tu singularnost zamišljali kao tačku. Slika se počela menjati šezdesetih, kada su istraživanja Kerove crne rupe, koja se rotira, otkrila da centrifugalno odbijanje usporava urušavanje.

Rezultat je singularnost u obliku prstena, a ne tačke. Međutim, kada je reč o Švarcšildovoj crnoj rupi koja ne rotira, i dalje je preovladavala teorija o singularitetu kao tački. Taj model se održao jer ga je lako vizuelizovati, prenositi drugima i razumeti.

Međutim, pre nekoliko decenija, Hamilton je počeo da sumnja da model tačkaste čestice ispravno opisuje fiziku Švarcšildove crne rupe. Na te sumnje podstakla su ga pitanja studenata tokom uvodnog kursa astronomije 1998. godine. On je izradio vizuelizacije pada u crnu rupu na osnovu opšte teorije relativnosti, a rezultat je bio površina.

„Prijavio sam ono što sam video, ali nisam pokušavao da to objasnim jer nisam razumeo. Očigledno je da smo bili sputani. Put ka razumevanju trajao je decenijama”, rekao je. 

Hamilton je shvatio da se odgovor krije u misaonom eksperimentu koji uključuje dva posmatrača koja u istu crnu rupu padaju iz suprotnih pravaca. Pitanje je bilo jednostavno: gde bi oni završili? Da je singularitet tačka, oba posmatrača bi morala da stignu na isto mesto. Međutim, Hamilton i Mekmeken pokazuju da se, prema opštoj relativnosti, to nikada ne može dogoditi. 

Dok posmatrači padaju, zakrivljenost prostor-vremena crne rupe sprečava svetlost ili bilo koji drugi signal da putuje između njih. Oni postaju trajno uzročno razdvojeni, što znači da nijedan ne može uticati na onog drugog niti znati bilo šta o poslednjim trenucima onog drugog.

Najudaljeniji objekat koji je napravio čovek uskoro ispisuje novu istoriju

Hamilton i Mekmejken ističu da se posmatrači ne mogu sresti u istom događaju u prostor-vremenu ako više ne mogu da razmenjuju informacije pre nego što stignu do singulariteta. Ova protivrečnost nestaje ako je singularitet trodimenzionalna prostorna površ do koje svaki posmatrač stiže na različitoj lokaciji.

Ili, kako je Hamilton to formulisao još 2010. godine: 

„Singularitet nije tačka. To je, zapravo, trodimenzionalna prostorna granica na kojoj opšta relativnost izvršava samoubistvo.”

Implikacije za kvantnu gravitaciju

Ovaj rad se ne bavi samo Švarcšildovim crnim rupama. Odavno se smatralo da su prstenasti singulariteti Kerovih crnih rupa fundamentalno različiti, ali možda ta dva tipa i nisu toliko različita. Autori navode da bi se realistična Kerova crna rupa urušila u prostornu singularnu površinu na svom unutrašnjem horizontu. To bi učinilo njenu singularnost sličnijom singularnosti Švarcšildove crne rupe nego što to prikazuju klasični udžbenici.

Veliki iskorak u potrazi za životom: Pronađena atmosfera na udaljenoj super-Zemlji

To znači da bi ovo istraživanje moglo iz temelja da promeni način na koji fizičari razmišljaju o singularitetima. Ako je Švarcšildov singularitet površina, a ne tačka, menja se matematički okvir u okviru kojeg opšta relativnost prestaje da važi. To takođe menja polaznu tačku za svaku buduću teoriju kvantne gravitacije.

„Kvantna gravitacija je glavno pitanje u teorijskoj fizici, a površine singulariteta crnih rupa su mesta u našem univerzumu gde se kvantna gravitacija ispoljava. Veliki deo literature o kvantnoj gravitaciji je apstraktan i odvojen od stvarnosti. Želeli bismo da vidimo kako se naučna zajednica kreće u realističnijim pravcima”, objasnio je Hamilton.

Kvantna gravitacija je dugo tražena teorija čiji je cilj da objedini Ajnštajnovu opštu teoriju relativnosti, koja opisuje gravitaciju na kosmičkoj skali, sa kvantnom mehanikom, koja upravlja atomskim i subatomskim svetom. Obe teorije odlično funkcionišu samostalno, ali postaju matematički nespojive u ekstremnim uslovima koji vladaju u unutrašnjosti crne rupe.

„Uzvišeni cilj savremene teorijske fizike jeste održiva teorija kvantne gravitacije. Još uvek nismo stigli do tog cilja. Nadamo se da ćemo ostvariti napredak istraživanjem oblasti u kojima kvantna gravitacija mora da se ispolji”, rekao je Hamilton.

Istraživanje je prihvaćeno za objavljivanje u časopisu Physical Review D.

Naučnici otkrili: Mlečni put je možda promenio pravac posle sudara sa drugom galaksijom

Srbija napravila veliki korak ka svemiru: UNA analizira - šta donose potpisani sporazumi sa SAD