Τα τείχη προστασίας της Μαύρης Τρύπας θα μπορούσαν να είναι πολύ χλιαρά για να καούν
Παρά την ικανότητά της να λυγίζει τόσο το μυαλό όσο και το διάστημα, μια μαύρη τρύπα του Αϊνστάιν φαίνεται τόσο απλή που θα μπορούσε να τη σχεδιάσει ένα παιδί. Υπάρχει ένα σημείο στο κέντρο, ένα απολύτως σφαιρικό όριο λίγο πιο μακριά, και αυτό είναι.
Το θέμα είναι η μοναδικότητα, ένας απείρως πυκνός, αφάνταστα μικρή κουκκίδα που παραμορφώνει τόσο ριζικά τον χώρο που οτιδήποτε βρίσκεται κοντά πέφτει κατευθείαν, αφήνοντας πίσω του ένα κενό. Το σφαιρικό όριο σηματοδοτεί τον ορίζοντα γεγονότων, το σημείο μη επιστροφής μεταξύ του κενού και του υπόλοιπου σύμπαντος. Αλλά σύμφωνα με τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν, ο ορίζοντας γεγονότων δεν είναι κάτι που ένας άτυχος αστροναύτης θα παρατηρούσε αμέσως αν τον διέσχιζε. «Είναι σαν ο ορίζοντας έξω από το παράθυρό σου», είπε ο Samir Mathur, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο. "Αν πραγματικά περπάτησες εκεί, δεν υπάρχει τίποτα."
Το 2012, ωστόσο, αυτή η ήρεμη εικόνα πήρε φωτιά. Μια ομάδα τεσσάρων φυσικών πήρε ένα παζλ που πρότεινε για πρώτη φορά ο Στίβεν Χόκινγκ σχετικά με το τι συμβαίνει με όλες τις πληροφορίες που πέφτουν στη μαύρη τρύπα και το γύρισαν στο κεφάλι της. Αντί να επιμένουν ότι ένας αστροναύτης (συχνά ονομάζεται Αλίκη) να περάσει ομαλά από τον ορίζοντα γεγονότων, έδωσαν προτεραιότητα σε ένα βασικό αξίωμα της κβαντικής μηχανικής:Οι πληροφορίες, όπως η ύλη και η ενέργεια, δεν πρέπει ποτέ να καταστραφούν. Αυτή η αλλαγή κατέληξε να προωθεί τον ορίζοντα γεγονότων από το μαθηματικό όριο σε φυσικό αντικείμενο, ένα που ονόμασαν πολύχρωμα το τείχος της φωτιάς.
«Δεν μπορεί να είναι άδειο, και αποδεικνύεται ότι πρέπει να είναι γεμάτο με πολλά πράγματα, πολλά καυτά πράγματα», είπε ο Donald Marolf, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα και ένας από τους τέσσερις συν-συγγραφείς. Το επιχείρημα προκάλεσε σάλο στην κοινότητα της θεωρητικής φυσικής, σαν να πρότειναν οι χαρτογράφοι ότι αντί για μια φανταστική γραμμή στους χάρτες τους, ο ισημερινός της Γης ήταν στην πραγματικότητα ένας τοίχος από έντονα κόκκινα τούβλα.
Ωστόσο, τα νέα για μια κατασκευή στα όρια δεν συγκλόνισαν τον Mathur. Για περισσότερο από μια δεκαετία υποστήριζε ότι οι μαύρες τρύπες είναι πραγματικά μπάλες χορδών (από τη θεωρία χορδών) με καυτές, ασαφείς επιφάνειες. "Όσο πλησιάζετε όλο και πιο κοντά γίνεται όλο και πιο ζεστή, και αυτό είναι που προκαλεί το κάψιμο", εξήγησε.
Τα τελευταία χρόνια, ο Mathur έχει τελειοποιήσει την περιγραφή του "fuzzball" και οι πιο πρόσφατοι υπολογισμοί του φέρνουν οριακά καλά νέα για την Alice. Αν και δεν θα ζούσε μια μακρά και υγιή ζωή, η ζέστη του ορίζοντα μπορεί να μην είναι αυτό που την κάνει.
Τα Fuzzball είναι αυτά που λαμβάνετε όταν εφαρμόζετε τη θεωρία χορδών, μια περιγραφή της φύσης που αντικαθιστά τα σωματίδια με χορδές, σε εξαιρετικά πυκνά αντικείμενα. Δώστε ενέργεια σε ένα σωματίδιο και μπορεί μόνο να επιταχύνει, αλλά και οι χορδές τεντώνονται και διογκώνονται. Αυτή η ικανότητα επέκτασης, σε συνδυασμό με πρόσθετη ευελιξία από τις υποτιθέμενες επιπλέον διαστάσεις, κάνει τις χορδές να φουσκώνουν όταν αρκετές από αυτές συσκευάζονται σε ένα μικρό χώρο. Σχηματίζουν μια ασαφή μπάλα που μοιάζει από μακριά με μια συνηθισμένη μαύρη τρύπα — έχει το ίδιο μέγεθος (για μια δεδομένη μάζα) και εκπέμπει το ίδιο είδος «ακτινοβολίας Χόκινγκ» που εκπέμπουν όλες οι μαύρες τρύπες. Ως μπόνους, η ελαφρώς ανώμαλη επιφάνεια αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο εκπέμπει σωματίδια και αφαιρεί το παζλ πληροφοριών του Hawking, σύμφωνα με τον Mathur. «Είναι περισσότερο σαν πλανήτης», είπε, «και ακτινοβολεί από αυτήν την επιφάνεια όπως και οτιδήποτε άλλο».
Η νέα του δουλειά επεκτείνει τα επιχειρήματα από το 2014, τα οποία ρωτούσαν τι θα συνέβαινε στην Αλίκη αν έπεφτε σε μια υπερμεγέθη μπάλα που μοιάζει με αυτή στην καρδιά του γαλαξία μας - μια με τη μάζα εκατομμυρίων ήλιων. Σε τέτοιες καταστάσεις, η δύναμη της βαρύτητας κυριαρχεί σε όλες τις άλλες. Υποθέτοντας αυτόν τον περιορισμό, ο Mathur και ο συνεργάτης του διαπίστωσαν ότι ένα εισερχόμενο σωματίδιο Alice δεν είχε σχεδόν καμία πιθανότητα να συντρίψει ένα εξερχόμενο σωματίδιο της ακτινοβολίας Hawking. Η επιφάνεια μπορεί να είναι καυτή, είπε, αλλά ο τρόπος με τον οποίο το fuzzball διαστέλλεται για να καταπιεί νέο υλικό εμποδίζει οτιδήποτε να πλησιάσει αρκετά ώστε να καεί, οπότε η Αλίκη θα πρέπει να φτάσει στην επιφάνεια.
Σε απάντηση, ο Marolf πρότεινε ότι ένα μεσαίου μεγέθους fuzzball μπορεί ακόμα να μπορεί να ψήσει την Αλίκη με άλλους τρόπους. Δεν θα την έσερνε τόσο γρήγορα, και σε μια σύγκρουση με χαμηλότερες ενέργειες, δυνάμεις άλλες από τη βαρύτητα θα μπορούσαν επίσης να την τραγουδήσουν.
Η ομάδα του Mathur έριξε πρόσφατα μια πιο λεπτομερή ματιά στην εμπειρία της Alice με νέους υπολογισμούς που δημοσιεύθηκαν στο Journal of High Energy Physics . Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι για ένα μέτριο fuzzball - ένα τόσο μαζικό όσο ο ήλιος μας - η συνολική πιθανότητα ένα σωματίδιο Alice να χτυπήσει ένα σωματίδιο ακτινοβολίας ήταν ελαφρώς υψηλότερη από ό, τι είχαν βρει πριν, αλλά ακόμα πολύ κοντά στο μηδέν. Η δουλειά τους πρότεινε ότι θα έπρεπε να συρρικνώσετε μια σφαίρα fuzzball σε χίλιες φορές μικρότερη από τη νανοκλίμακα προτού καταστεί πιθανή η καύση.
Επιτρέποντας στην Αλίκη να φτάσει στην επιφάνεια λίγο-πολύ ανέπαφη (θα υποστεί ακόμα ένα αδιαμφισβήτητο και πιθανό μοιραίο τέντωμα), η θεωρία θα μπορούσε ακόμη και να καταλήξει να αποκαταστήσει την εικόνα του Αϊνστάιν του ομαλού περάσματος πέρα από τα σύνορα, αν και σε μια στριμμένη μορφή. Μπορεί να υπάρχει ένα σενάριο στο οποίο η Αλίκη έπεσε στην επιφάνεια ενώ ταυτόχρονα ένιωθε σαν να έπεφτε σε ανοιχτό χώρο, ό,τι κι αν σημαίνει αυτό.
«Αν πηδήξεις σε [fuzzballs] σε μια περιγραφή, χωρίζεσαι σε μικρές χορδές. Αυτή είναι η εικόνα του splat», είπε ο Mathur. Συνήθως υποθέτουμε ότι μόλις τα σωματίδια της αρχίσουν να διασπώνται, η Αλίκη παύει να είναι Αλίκη. Μια παράξενη δυαδικότητα στη θεωρία χορδών, ωστόσο, επιτρέπει στις χορδές της να απλώνονται σε όλο το fuzzball με έναν τακτικό τρόπο που διατηρεί τις συνδέσεις τους και, ίσως, την αίσθηση του εαυτού της. "Αν κοιτάξετε προσεκτικά τι κάνουν [οι χορδές]", συνέχισε ο Mathur, "στην πραγματικότητα απλώνονται σε μια πολύ συνεκτική μπάλα."
Οι λεπτομέρειες της εικόνας του Mathur παραμένουν ακατέργαστες. Και το μοντέλο βασίζεται εξ ολοκλήρου στον μηχανισμό της θεωρίας χορδών, ενός μαθηματικού πλαισίου χωρίς πειραματικά στοιχεία. Επιπλέον, ούτε καν η θεωρία χορδών δεν μπορεί να χειριστεί την ακαταστασία των ρεαλιστικών fuzzballs. Αντίθετα, οι φυσικοί εστιάζουν σε επινοημένα παραδείγματα όπως εξαιρετικά οργανωμένα, εξαιρετικά παγωμένα σώματα με ακραία χαρακτηριστικά, είπε η Marika Taylor, θεωρητικός χορδών στο Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Οι υπολογισμοί του Mathur είναι διερευνητικοί, είπε, κατά προσέγγιση γενικεύσεις από τα κοινά χαρακτηριστικά των απλών μοντέλων. Το επόμενο βήμα είναι μια θεωρία που μπορεί να περιγράψει την επιφάνεια του fuzzball σε κβαντικό επίπεδο, από τη σκοπιά της χορδής. Ωστόσο, συμφώνησε ότι η καυτή ιδέα του τείχους προστασίας ανέκαθεν μύριζε ψάρια από την άποψη της θεωρίας χορδών. «Μεταβαίνεις ξαφνικά από το «πέφτω τέλεια ευτυχώς» στο «Θεέ μου, έχω καταστραφεί εντελώς»; Αυτό δεν είναι ικανοποιητικό», είπε.
Ο Marolf απέφυγε να σχολιάσει τα τελευταία αποτελέσματα μέχρι να τελειώσει τη συζήτηση με τον Mathur, αλλά είπε ότι τον ενδιέφερε να μάθει περισσότερα για το πώς είχαν υπολογιστεί οι άλλες δυνάμεις και πώς θα αντιδρούσε η επιφάνεια του fuzzball στην επίσκεψη της Alice. Τόνισε επίσης ότι το μοντέλο της μαύρης τρύπας του Mathur ήταν μόνο μία από τις πολλές τακτικές για την επίλυση του παζλ του Hawking και δεν υπήρχε καμία εγγύηση ότι κάποιος είχε χτυπήσει το σωστό. «Ίσως ο πραγματικός κόσμος να είναι πιο τρελός ακόμα και από τα πράγματα που έχουμε σκεφτεί ακόμα», είπε, «και απλώς δεν είμαστε αρκετά έξυπνοι».
Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στα ισπανικά στη διεύθυνση Investigacionyciencia.es .
