За чертой сингулярности черной дыры

Теория петлевой квантовой гравитации продолжает работать там, где нарушается общая теория относительности

0 2 013

Наши первые шаги в физику, которая существуют вблизи центра черной дыры, стали возможными с помощью «петлевой квантовой гравитации» — теории, которая использует квантовую механику для расширения гравитационной физики за пределы общей теории относительности Эйнштейна. Петлевая квантовая открывает новую парадигму в современной физике. Теория стала ведущим кандидатом для анализа экстремальных космологических и астрофизических явлений в таких частях вселенной, как черные дыры, где уравнения общей теории относительности перестают быть полезными.

В предыдущей работе по петлевой квантовой гравитации, которая имела большое влияние в этой области, был проанализирован квантовый характер Большого взрыва, а теперь две новые работы Абхая Аштекара и Хавьера Олмедо из штата Пенсильвания и Парамприта Сингха из Университета штата Луизиана распространяют эти результаты на черные дыры.

«Лучшая теория гравитации, которую мы имеем сегодня, — это общая теория относительности, но у нее есть ограничения», — сказал профессор физики А. Аштекар.  «Например, общая теория относительности предсказывает, что во Вселенной есть места, где становится бесконечной, а пространство- просто заканчивается. Мы называем эти места «сингулярностями». Но даже согласился, что это ограничение общей теории относительности обусловлено тем, что оно игнорирует квантовую механику».

В центре черной дыры настолько сильна, что согласно общей теории относительности пространство- становится настолько искривленным, что в конечном итоге кривизна становится бесконечной. Это приводит к тому, что пространство-время имеет предел, за которым физика больше не существует — сингулярность. Другим примером сингулярности является Большой взрыв.

Смотрите также  Межзвездная комета 2I / Борисов прошла возле Солнца

Спрашивать, что произошло до Большого взрыва, — это бессмысленный вопрос в общей теории относительности, потому что пространство- заканчивается, а до этого не было ничего. Но модификации в уравнениях Эйнштейна, которые включали квантовую механику через петлевую квантовую гравитацию, позволили исследователям расширить физику за пределы Большого взрыва и сделать новые предсказания. В двух последних работах сделано то же самое для сингулярности черной дыры.

«Основой петлевой квантовой гравитации является открытие Эйнштейна о том, что геометрия пространства-времени — это не просто стадия, на которой разыгрываются космологические события, но и сама физическая сущность, которую можно изгибать», — сказал Аштекар. «Как физическая сущность геометрия пространства-времени состоит из некоторых фундаментальных единиц, так же как материя состоит из атомов. Эти единицы геометрии, называемые «квантовыми возбуждениями», на порядки меньше, чем мы можем обнаружить с помощью современных технологий, но у нас есть точные квантовые уравнения, которые предсказывают их поведение, и одно из лучших мест для поиска их эффектов находится в центре черной дыры.»

Согласно Общей теории относительности, в центре черной дыры становится бесконечной, поэтому все, что входит в нее, включая информацию, необходимую для физических расчетов, теряется. Это приводит к знаменитому «информационному парадоксу», с которым физики-теоретики борются уже более 40 лет. Однако квантовые поправки петлевой квантовой гравитации допускают отталкивающую силу, которая может подавить даже самое сильное притяжение классической гравитации, и поэтому физика может продолжать существовать. Это открывает путь, чтобы показать в деталях, что нет потери информации в центре черной дыры, которую сейчас ищут исследователи.

Смотрите также  Пилотируемая миссия на Марс возможна, если ее длительность не превысит четырех лет

Интересно, что хотя теория петлевой квантовой гравитации продолжает работать там, где нарушается общая теория относительности — ее предсказания довольно точно соответствуют предсказаниям общей теории относительности и в менее экстремальных обстоятельствах вдали от сингулярности.

«Ряд исследователей изучали квантовую природу сингулярности черной дыры в последнее десятилетие, но либо сингулярность преобладала, либо механизмы, которые ее разрешали, вызывали неестественные эффекты. Наша новая работа свободна от всех таких ограничений». — говорит Парамприт Сингх.


Abhay Ashtekar et al, Quantum Transfiguration of Kruskal Black Holes, Physical Review Letters (2018). DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.241301

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x