Některé černé díry vymažou minulost

НЕВИДИМЫЙ МИР (Smět 2019).

Anonim

V reálném světě vaše minulost jedinečně určuje vaši budoucnost. Pokud fyzik ví, jak vesmír začíná, dokáže spočítat svou budoucnost po celou dobu a celý prostor.

Ale UC Berkeley matematik našel některé typy černých děr, ve kterých se tento zákon rozpadá. Pokud by se někdo mohl dostat do jedné z těchto poměrně benigních černých děr, mohli by přežít, ale jejich minulost by byla zničena a mohli by mít nekonečný počet možných budoucích.

Takové tvrzení byly učiněny v minulosti a fyzici se odvolávali na "silnou kosmickou cenzuru", aby to vysvětlili. To znamená, že něco katastrofického - typicky hrozné smrti - by zabránilo pozorovatelům skutečně vstoupit do prostoru vesmíru, kde jejich budoucnost nebyla jednoznačně určena. Tento princip, který předtím před 40 lety navrhl fyzik Roger Penrose, udržuje posvátný nápad - determinismus - klíč k jakékoli fyzické teorii. To znamená, že vzhledem k minulosti a současnosti fyzické zákony vesmíru neumožňují víc než jednu možnou budoucnost.

Ale, říká UC Berkeley postdoctorální kolega Peter Hintz, matematické výpočty ukazují, že u některých specifických typů černých děr ve vesmíru, jako je náš, který se rozšiřuje s rostoucí rychlostí, je možné přežít průchod z deterministického světa na non- deterministická černá díra.

Jaký by byl život v prostoru, kde by byla budoucnost nepředvídatelná, není jasné. Zjištění však neznamená, že Einsteinovy ​​rovnice obecné relativity, které doposud dokonale popisují vývoj kosmu, jsou špatné, říká Hintz, výzkumník z Clay Research.

"Žádný fyzik nepůjde do černé díry a nezměří to. Je to matematická otázka, ale z tohoto pohledu to Einsteinovy ​​rovnice matematicky zajímavější, " řekl. "Je to otázka, kterou člověk může skutečně studovat pouze matematicky, ale má fyzické, téměř filozofické důsledky, což z něj dělá velmi cool."

"Tento

.

Závěr odpovídá závažnému selhání determinismu v obecné relativitě, které nelze vzít lehce vzhledem k významu v moderní kosmologii "o urychlování expanze, uvedl jeho kolegové na univerzitě v Lisabonu v Portugalsku Vitor Cardoso, João Costa a Kyriakos Destounis. na univerzitě v Utrechtu, Aron Jansen.

Jak uvedl Physics World, Gary Horowitz z UC Santa Barbara, který se nepodílel na výzkumu, uvedl, že studie poskytuje "nejlepší důkazy, které znám v případě porušení silné kosmické cenzury v teorii gravitace a elektromagnetismu".

Hintz a jeho kolegové vydali článek, který popisoval tyto neobvyklé černé díry minulý měsíc v časopise Physical Review Letters.

Za horizontem události

Černé díry jsou bizarní objekty, které dostanou své jméno z toho, že nic nemůže uniknout jejich gravitaci, ani světlu. Pokud se vydáte příliš blízko a překonáte takzvaný horizont událostí, nikdy neuniknete.

U malých černých děr bys nikdy stejně nepřežil tak blízko. Přirozené síly blízké horizontu událostí stačí na to, aby spaghettily cokoli: to znamená, natáhnout ho, dokud to není řetězec atomů.

Ale pro velké černé díry, jako jsou supermasivní objekty v jádrech galaxií, jako je Mléčná dráha, které váží desítky miliónů, ne-li miliardy časů hmoty hvězdy, překročení horizontu událostí by bylo bezproblémové.

Protože by mělo být možné přežít přechod z našeho světa do světa černých děr, fyzici a matematikové už dávno uvažovali, jaký by vypadal tento svět, a obrátili se na Einsteinovy ​​rovnice obecné relativity, aby předpověděli svět uvnitř černé díry. Tyto rovnice fungují dobře, dokud pozorovatel nedosáhne středu nebo singularity, kde v teoretických výpočtech se zakřivení časoprostoru stává nekonečným.

Dokonce ještě předtím, než dorazí do centra, objevil se průzkumník černých děr - který by nikdy neuměl komunikovat, co našel s okolním světem - a mohl se setkat s nějakými divnými a smrtícími milníky. Hintz studuje specifický typ černé díry - standardní, neotočivou černou díru s elektrickým nábojem - a takový objekt má v horizontu událostí takzvaný Cauchyův horizont.

Cauchyův horizont je místem, kde se rozkládá determinismus, kde minulost již neurčuje budoucnost. Fyzici, včetně Penrose, tvrdili, že žádný pozorovatel by nikdy nemohl projít bodem Cauchyho horizontu, protože by byli zničeni.

Jak argument vychází, jak se pozorovatel blíží horizontu, čas se zpomaluje, protože hodiny silněji gravitační pole klesají pomaleji. Jako světlo, gravitační vlny a cokoliv jiného, ​​co se setkává s černým otvorem, nevyhnutelně k obzoru Cauchy, pozorovatel, který také klesá dovnitř, nakonec uvidí celou tuto energetickou zábranu ve stejnou dobu. Ve skutečnosti veškerá energie, kterou černá díra vidí po celou dobu života vesmíru, narazí na obzor Cauchy a současně zabije do zapomnění každého pozorovatele, který se dostane tak daleko.

Nemůžete navždy vidět v rozšiřujícím se vesmíru

Hintz si však uvědomil, že to nemusí platit v rozšiřujícím se vesmíru, který se zrychluje, jako je náš vlastní. Vzhledem k tomu, že vesmírná doba se stále více roztahuje, většina vzdáleného vesmíru vůbec neovlivní černé díry, protože tato energie nemůže cestovat rychleji než rychlost světla.

Ve skutečnosti je dostupná energie, která spadá do černé díry, jenom to, co je obsaženo v pozorovatelném horizontu: objem vesmíru, který černá díra může očekávat, že bude vidět v průběhu své existence. Pro nás je například pozorovatelný horizont větší než 13, 8 miliardy světelných let, které můžeme vidět do minulosti, protože zahrnuje vše, co budeme navždy vidět do budoucnosti. Zrychlující se expanze vesmíru zabrání tomu, abychom viděli za horizont kolem 46, 5 miliardy světelných let.

V tomto scénáři expanze vesmíru neutralizuje zesílení způsobené časovou dilatací uvnitř černé díry a v určitých situacích ji úplně zruší. V takových případech - konkrétně hladké, neotočivé černé díry s velkým elektrickým nábojem, takzvané černé díry Reissner-Nordström-de Sitter - mohli pozorovatelé přežít procházející obzor Cauchyho a do deterministického světa.

"Existují nějaká přesná řešení Einsteinových rovnic, které jsou dokonale hladké, bez zbytečných sil, bez přílivových sil směřujících do nekonečna, kde se vše dobře vyrovná tomuto Cauchyovu horizontu a dále, " uvedl a poznamenal, že průchod horizontem by bylo bolestivé, ale krátké. "Poté jsou všechny sázky vypnuté, v některých případech, jako je například černá díra Reissner-Nordström-de Sitter, lze úplně vyhnout centrální singularitě a žít navždy ve vesmíru neznámém."

Je pravda, že nabité černé díry jsou nepravděpodobné, protože by přitahovaly opačně nabitou hmotu, dokud se nestaly neutrální. Nicméně matematické řešení pro nabité černé díry se používají jako proxy pro to, co by se stalo uvnitř rotujících černých děr, což jsou pravděpodobně norma. Hintz tvrdí, že hladké rotující černé díry, nazvané Kerr-Newman-de Sitter černé díry, se budou chovat stejným způsobem.

"To je rozrušující, myšlenka, že byste mohli vyrazit s elektricky nabitou hvězdou, která se rozpadne na černé díry, a pak Alice cestuje uvnitř této černé díry a pokud jsou parametry černé díry dostatečně extrémní, mohlo by to být jen to, překračuje Cauchyho horizont, přežije to a dosáhne oblasti vesmíru, kde pozná úplný počáteční stav hvězdy, nebude schopna říci, co se stane, "řekl Hintz. "Už není jednoznačně určena úplnou znalostí původních podmínek, a proto je to velmi obtížné."

Tyto typy černých děr objevil tím, že se spojil s Cardosem a jeho kolegy, kteří vypočítali, jak zazvoní černá díra, když jsou zasažena gravitačními vlnami, a který z jejích tónů a tónů trval nejdelší. V některých případech se i ta nejdelší přežívající frekvence rozpadla dostatečně rychle, aby se zabránilo tomu, aby zesílení otáčelo Cauchyho horizont do mrtvé zóny.

Hintzův papír již vyvolal další papíry, z nichž jeden má za cíl ukázat, že nejčistší černé díry nebudou porušovat determinismus. Ale Hintz trvá na tom, že jeden případ porušení je příliš mnoho.

"Lidé byli spokojeni asi 20 let, od poloviny 90. let je tato silná kosmologická cenzura vždy ověřována, " řekl. "Vyzýváme tento názor."

menu
menu