Черните дупки е все по-вероятно да се окажат холограми

08 юни 2016 г., 09:18
4298

Източник на изображението: Alain r CC BY-SA 2.5

Ако нещо може да илюстрира колко малко ни е известно за Вселената, това са черните дупки. Няма как да ги видим, защото дори светлината не може да се отскубне от тяхното гравитационно притегляне; не знаем от какво са съставени и не знаем какво се случва, когато една черна дупка умре, пише Science Alert.

Учените дори не са постигнали съгласие дали черните дупки са масивни триизмерни страшилища или просто двуизмерни повърхности, проектирани в три измерения, точно като холограми.

Амбициозно изследване, публикувано съвсем наскоро, подкрепя втората хипотеза. Учените са направили ново изчисление на ентропията в черните дупки, което подкрепя възможността тези гигантски загадки на вселената да са просто оптична илюзия.

Хипотезата за холографската вселена

Предложена за първи път през 90-те години на 20.век от физика Леонард Зюскинд, тази хипотеза твърди, че от математическа гледна точка вселената се нуждае само от две измерения, за да може гравитацията и физичните закони да работят.

За нас обаче всичко изглежда като триизмерен образ на два двуизмерни процеса, проектирани върху огромен космически хоризонт.

Това може да звучи налудничаво, но разрешава сериозни противоречия между Айнщайновата теория за относителността и квантовата механика. Например, парадоксът на информацията - „нищо не може да избяга от една черна дупка, но материята никога не може да бъде напълно разрушена“.

Учените са имали голям успех в съчетаването на резултатите от гравитационните явления с поведението на квантовите частици, използвайки само две пространствени измерения.

От 1997г. насам са публикувани повече от 10 хиляди научни изследвания в подкрепа на тази идея.

Ако оставим за малко настрана цялата вселена, нека приложим това мислене към черните дупки. Физиците предполагат, че не можем да разберем какво се случва, когато нещо навлезе вътре в черната дупка – оттатък от ръба, известен като „хоризонт на събитията“ –  защото няма „вътре“. Всичко, което преминава отвъд ръба, се заклещва в гравитационните изменения на повърхността.

Екип от учени, ръководен от физика Даниел Пранцети от института Макс Планк за теоретична физика в Германия сега публикува ново изчисление на количеството ентропия в черната дупка. Изчисленията подкрепят по-горния сценарий.
Учените са се фокусирали върху ентропията - или степента на безпорядък - в дадено нещо. В миналото Стивън Хокинг заяви, че ентропията на една черна дупка трябва да бъде пропорционална на нейната площ, а не на обема ѝ – и тази идея роди първите хипотези, че черните дупки може да са холограми.
 
„Въпреки че в научната общност има консенсус, че черните дупки трябва да имат ентропия или съществуването им ще нарушава втория закон на термодинамиката, няма съгласие за произхода на тази ентропия, или как да се изчисли стойността ѝ“ – обяснява Science Explorer.

Пранцети и колегите му използват теоретичен подход, известен като „примкова квантова гравитация“ (Loop Quantum Gravity).

Квантовата гравитация описва силата силата на гравитацията в съответствие с принципите на квантовата механика. Според нея тъканта на пространство-времето се състои от малки елементи, известни като кванти – можем да си ги представим като „атомите“ на пространство-времето. Колекциите от тези кванти се наричат кондензати. Учените откриват, че точно както чаша вода, пълна с атомите, съставящи водните молекули, така и една черна дупка, пълна с кондензати, ще има едни и същи свойства. Тяхното поведение може да се определи, като се изследват свойствата само на един от тях.

Това означава, че не можем да видим или измерим какво има отвъд хоризонта на събитията на една черна дупка – и следователно нейната ентропия – но няма значение, защото колективните свойства на нейните „атоми“ могат да се измерят по описания по-горе начин.

„Също както течностите в нашите мащаби се явяват непрекъснати, въпреки че се състоят от огромен брой атоми, по подобен начин в квантовата гравитация изграждащите пространството „атоми“ формират един вид „течност“ – непрекъснатото пространство-време.“ – пише Пранцети в изявление. „Непрекъснатата и хомогенна геометрия (като на тази на една сферично симетрична черна дупка) може да бъде описана като кондензат“.

Какво означава всичко това за нашата холограмна хипотеза? Представете си черната дупка като триизмерен баскетболен кош - пръстенът е хоризонтът на събитията, а мрежата е дупката, в която цялата материя попада и изчезва. Вдигнете мрежата нагоре в пръстена, за да я направите плосък, двуизмерен кръг, след което си представете, че всичко това – металът и нишките – е направено от вода. Така всичко, което измерите в пръстена, може да се приложи към цялата мрежа.

Имайки предвид това, Пранцети и екипът му са направили модел, който показва, че триизмерната природа на черните дупки може да е просто илюзия – цялата информация в една черна дупка теоретично може да бъде побрана в една двуизмерна повърхност, без да има нужда от действителна „дупка“ или вътрешност. Това може да обясни защо ентропията е по-скоро свързана с площта на повърхността, а не с обема.

Моделът е описан във Physical Review Letters и въпреки че е почти невъзможно да се докаже със сигурност, че черните дупки са двуизмерни, теоретичната физика определено се е заела да го направи. Новото изследване е сериозна крачка по пътя и един ден ще изглежда страхотно в учебниците.
 

Коментари