Fizycy odkryli dziwny zwrot w czasoprzestrzeni, który może symulować czarne dziury – dopóki nie podejdą bardzo blisko. Znane jako „topologiczne solitony”, te teoretyczne luki w strukturze czasoprzestrzeni są znane w całym wszechświecie, a znalezienie ich może pogłębić nasze zrozumienie fizyki kwantowej, zgodnie z nowym badaniem opublikowanym 25 kwietnia w czasopiśmie Science. ocena fizyczna d.
czarne dziury Jest to prawdopodobnie najbardziej frustrująca rzecz, jaką kiedykolwiek odkryto w nauce. Ogólna teoria względności Einsteina przewiduje ich istnienie, a astronomowie wiedzą, jak powstają: wystarczy, aby masywna gwiazda zapadła się pod własnym ciężarem. Ponieważ nie ma innej dostępnej siły, która mogłaby się jej oprzeć, grawitacja nadal przyciąga, aż cała materia gwiazdy zostanie ściśnięta w bardzo mały punkt, znany jako osobliwość. Wokół tej osobliwości znajduje się horyzont zdarzeń, niewidzialna granica wyznaczająca krawędź czarnej dziury. Cokolwiek przekroczy horyzont zdarzeń, nie może się wydostać.
Ale główny problem polega na tym, że punkty o nieskończonej gęstości nie mogą naprawdę istnieć. Więc chociaż ogólna teoria względności przewiduje istnienie czarnych dziur i znajdujemy wiele obiektów astronomicznych, które zachowują się dokładnie tak, jak przewidywała teoria Einsteina, wiemy, że wciąż nie mamy pełnego obrazu. Wiemy, że wyjątkowość trzeba zastąpić czymś bardziej logicznym, ale nie wiemy, co to jest.
Powiązany: Czy czarne dziury to tunele czasoprzestrzenne?
Znalezienie tego wymaga zrozumienia grawitacji, która jest niezwykle silna w bardzo małych skalach – czegoś, co nazywa się grawitacją kwantową. Jak dotąd nie mamy praktycznej kwantowej teorii grawitacji, ale mamy kilku kandydatów. Jednym z tych kandydatów jest teoria strunmodel, który sugeruje, że wszystkie cząstki tworzące nasz wszechświat są tak naprawdę zbudowane z maleńkich, wibrujących strun.
Aby wyjaśnić wielką różnorodność cząstek, które zamieszkują nasz wszechświat, te struny nie mogą po prostu wibrować w zwykłych trzech wymiarach przestrzennych. Teoria strun przewiduje istnienie dodatkowych wymiarów, zwiniętych w sobie na niewiarygodnie małej skali — tak małej, że nawet nie możemy wiedzieć, że istnieją.
A ten akt marszczenia dodatkowych wymiarów przestrzennych w maleńkich skalach może prowadzić do bardzo interesujących rzeczy.
W nowym badaniu naukowcy zasugerowali, że te wyjątkowo kompaktowe wymiary mogą prowadzić do defektów. Podobnie jak zmarszczki, których nie da się usunąć z koszuli, bez względu na to, jak bardzo ją wyprasujesz, te niedoskonałości będą niezmiennymi, trwałymi defektami w strukturze czasoprzestrzeni — topologicznym solitonem. Fizycy zasugerowali, że te seltony będą wyglądać, zachowywać się i prawdopodobnie pachnieć jak czarne dziury.
Naukowcy badali, jak zachowywałyby się promienie świetlne przechodzące w pobliżu jednego z tych solitonów. Odkryli, że solitony wpływają na światło w taki sam sposób, jak czarna dziura. Światło zakrzywia się wokół solitonów i tworzy stabilne pierścienie orbitalne, a solitony rzucają cienie. Innymi słowy, Słynne zdjęcia z Teleskopu Horyzontu Zdarzeńpowiększony na czarną dziurę M87* w 2019 roku, wyglądałby mniej więcej tak samo, gdyby był to soliton w centrum zdjęcia, a nie czarna dziura.
Ale wkrótce tradycja się skończy. Solitony topologiczne nie są osobliwościami, więc nie mają horyzontów zdarzeń. Możesz zbliżyć się do solitonu tak blisko, jak chcesz, i zawsze możesz odejść, jeśli chcesz (zakładając, że masz wystarczająco dużo paliwa).
Niestety nie mamy czarnych dziur wystarczająco blisko, aby się w nie zagłębić, więc możemy polegać tylko na obserwacjach odległych obiektów. Jeśli kiedykolwiek zostaną odkryte topologiczne solitony, wykrycie to nie tylko umożliwi wgląd w naturę grawitacji, ale umożliwi nam również bezpośrednie badanie natury grawitacji kwantowej i teorii strun.