Znanstvenici preslikavaju bizarne, kaotične svemirske vrijeme unutar crnih rupa

Izvorna verzija od ova priča pojavio se u Magazin Quanta.

U početku i središte svake crne rupe nalazi se točka beskonačne gustoće nazvane singularnost. Da bismo istražili ove enigme, uzimamo ono što znamo o prostoru, vremenu, gravitaciji i kvantnoj mehanici i nanosimo ga na mjesto na kojem se sve te stvari jednostavno raspadaju. Možda u svemiru nema ništa što više izaziva maštu. Fizičari i dalje vjeruju da ako mogu smisliti koherentno objašnjenje za ono što se zapravo događa u i oko jedinstava, nešto će se pojaviti otkrivenje, možda novo razumijevanje od kojeg su prostora i vremena napravljeni.

Krajem 1960 -ih, neki fizičari nagađali su da bi singularnosti mogle biti okružene regijama probijanja kaosa, gdje prostor i vrijeme slučajno rastu i smanjuju. Charles Misner sa Sveučilišta Maryland nazvao ga je “Mixmaster Universe”, nakon što je tada bio a Popularna linija kuhinjskih uređaja. Ako bi astronaut pao u crnu rupu, “može se zamisliti da miješa dijelove tijela astronauta na način na koji mješavina ili jajašca miješa žumanjku i bijelu jaje”, ” Kip thorneNobelova nagrada, napisana fizičara, kasnije je napisao.

Einsteinova opća teorija relativnosti, koja se koristi za opisivanje gravitacije crnih rupa, koristi jednu poljsku jednadžbu kako bi objasnila kako se krivulje i materije kreću. Ali ta jednadžba koristi a Matematička skraćenica nazvana tenzor sakriti 16 različitih, isprepletenih jednadžbi. Nekoliko znanstvenika, uključujući i Miner, osmislilo je korisne pojednostavljene pretpostavke kako bi im omogućili da istražuju scenarije poput Mixmaster Universe.

Bez tih pretpostavki, Einsteinova jednadžba nije se mogla analitički riješiti, a čak i s njima bila je previše komplicirana za numeričke simulacije vremena. Poput uređaja po kojem su dobili ime, ove su ideje ispale iz stila. Ova “dinamika trebala bi biti vrlo općenita pojava u gravitaciji”, rekao je Gerben Olingpostdoktorski istraživač sa Sveučilišta u Edinburghu. “Ali to je nešto što je palo s karte.”

U posljednjih nekoliko godina fizičari su revidirali kaos oko jedinstvenosti novim matematičkim alatima. Njihovi su ciljevi dvostruki. Jedna nada je pokazati da su aproksimacije koje su Misner i drugi napravili valjane aproksimacije einsteinske gravitacije. Drugi je da se povuče bliže jedinstvenostima u nadi da će njihove krajnosti pomoći uskladiti opću relativnost s kvantnom mehanikom u teoriji kvantne gravitacije, koja je bila cilj fizičara više od jednog stoljeća. Kao Sean Hartnoll Sveučilišta u Cambridgeu rečeno je, “Vrijeme je sada zrelo da se te ideje u potpunosti razvije.”

Rođenje mixmaster kaosa

Thorne je kasnih 60 -ih opisao kao “zlatno doba” za istraživanje crne rupe. Izraz “crna rupa” tek je ušao u široku upotrebu. U rujnu 1969., u posjetu Moskvi, Thorne je dodijelio rukopis Evgeny Lifshitz, uglednog ukrajinskog fizičara. Zajedno sa Vladimir Belinski I Isaak Khalatnikov, Lifschitz, pronašao je novo rješenje Einsteinovih jednadžbi gravitacije u blizini jedinstvene jedinice, koristeći pretpostavke koje su trojica osmislila. Lifshitz se bojao da će sovjetski cenzori odgoditi objavljivanje rezultata, jer je bio u suprotnosti s ranijim dokazom koji je koautorirao, pa je zamolio Thornea da ga podijeli na Zapadu.

Raniji modeli crne rupe pretpostavili su savršene simetrije koje nisu pronađene u prirodi, na primjer, postavljajući, na primjer, da je zvijezda savršena sfera prije nego što se srušila u crnu rupu ili da nije imao neto električni naboj. (Ove pretpostavke omogućile su da se Einsteinove jednadžbe riješe, u najjednostavnijem obliku, Karl Schwarzschild Ubrzo nakon što ih je Einstein objavio.) Rješenje koje je otkrio Belinski, Khalatnikov i Lifschitz, koje je nakon njihovih inicijala nazvao rješenje BKL, opisalo je što bi se moglo dogoditi u neurednoj, realnije situaciji u kojoj se crne rupe formiraju iz nepravilno oblikovanih objekata. Rezultat nije bio glatko istezanje prostora i vremena iznutra, već valjanje mora prostora i vremena istezanja i komprimiranja u više smjerova.

Thorne je prokrijumčario papir natrag u Sjedinjene Države i poslao kopiju u Misner, za koga je znao da razmišlja sličnim crtama. Pokazalo se da su Misner i sovjetska skupina neovisno zapalili iste ideje koristeći slične pretpostavke i različite tehnike. Nadalje, BKL grupa je “koristila je za rješavanje najvećeg neriješenog problema tog doba u matematičkoj relativnosti”, rekao je Thorne, u vezi s postojanjem onoga što je poznato kao “generička” singularnost. Belinski, posljednji preživjeli član BKL trio -a, nedavno je u e -poruci rekao da su mu živopisni opisi Misner zauzvrat pomogli da vizualizira kaotičnu situaciju u blizini jedinstvenosti koje su oboje otkrili.