Fizycy z Instytutu Matematycznego im. Stekłowa Rosyjskiej Akademii Nauk opracowali teoretyczny opis zachowania materii wewnątrz czarnych dziur i znaleźli możliwy sposób na pogodzenie fizyki kwantowej z teorią grawitacji - wynika z artykułu opublikowanego w Journal of High Energy Physics.
„Zastosowaliśmy podejście holograficzne. Polega ona na tym, że kwantowy dwuwymiarowy układ, który „żyje” na granicy specjalnej zakrzywionej przestrzeni 3D, zwanej przestrzenią anty-de Sittera, można opisać wewnątrz niej za pomocą klasycznej fizyki grawitacyjnej. W ten sposób trójwymiarowa przestrzeń, wraz ze wszystkim, co dzieje się w jej wnętrzu, pełni rolę hologramu ilustrującego to, co dzieje się bezpośrednio w naszym układzie fizycznym”- powiedział cytowany przez serwis prasowy Russian Science Foundation Michaił Chramcow z Instytutu Matematycznego.
Regularne i supermasywne czarne dziury mają tak silną grawitację, że nie można jej pokonać bez przekraczania prędkości światła. Żadne obiekty ani promieniowanie nie mogą uciec spod wpływu czarnej dziury, która jest nazywana „horyzontem zdarzeń”.
To, co dzieje się poza horyzontem zdarzeń, pozostaje tajemnicą i przedmiotem kontrowersji wśród fizyków. Większość naukowców uważa, że w zasadzie niemożliwe jest zajrzenie do wnętrza czarnej dziury i zbadanie jej struktury, ponieważ doprowadzi to do wyjątkowo nieprzyjemnych konsekwencji - w tym przypadku nie będzie możliwe pogodzenie teorii względności Einsteina z mechaniką kwantową.
Niemniej jednak czarne dziury istnieją, a ich zachowanie trzeba jakoś opisać. Stosunkowo niedawno naukowcy zaczęli wierzyć, że czarne dziury w rzeczywistości nie są trójwymiarowymi, ale dwuwymiarowymi obiektami - rodzajem przestrzennych „hologramów”, w których przestrzeń kurczy się bliżej krawędzi, a obiekt rzucony w linii prostej wraca do punktu lotu.
Tę teorię i opisujące ją równania wysunęli pod koniec lat 90-tych dwóch słynnych kosmologów - Juan Maldasena z Princeton University i Gerard 't Hooft z Utrecht University. Zdaniem niektórych naukowców podobne zasady mogą opisać cały Wszechświat jako całość - innymi słowy, jest całkiem możliwe, że żyjemy wewnątrz płaskiego, dwuwymiarowego hologramu.
Opierając się na tych zasadach, Khramtsov i jego koledzy starali się wyjaśnić, dlaczego samo istnienie czarnych dziur nie narusza praw termodynamiki, a także opisać procesy kwantowe odpowiedzialne za transport ciepła w ich wnętrzu, opierając się na teorii względności i innych klasycznych prawach fizyki.
Obliczenia wykazały, że w czarnej dziurze rzeczywiście można zaobserwować pewien analog równowagi termodynamicznej, jak w „normalnym” Wszechświecie. Naukowcy podkreślają, że można to zweryfikować eksperymentalnie, zderzając cząstki schłodzone do temperatur bliskich zeru absolutnemu.
Film promocyjny:
Jeśli takie cząstki wpadną w pułapki magnetyczne, to napromieniowane laserem będą zachowywać się mniej więcej tak samo, jak materia w płaskich czarnych dziurach. W szczególności informacje o pojawieniu się nowych wiązań kwantowych między cząstkami będą się rozprzestrzeniać wewnątrz pułapki z określoną prędkością, a odchylenia od niej będą oznaczać, że obliczenia rosyjskich fizyków nie są do końca poprawne.
Jak zauważa Khramtsov, plazma kwarkowo-gluonowa powstająca wewnątrz LHC lub zderzacza RHIC w Brookhaven (USA) może być podgrzewana w podobny sposób, co pozwala na stosowanie tych samych zasad do opisu jej zachowania i dalszych badań. Według niego, w niedalekiej przyszłości rosyjscy fizycy będą próbowali znaleźć odpowiedź na inne ważne pytanie związane z czarnymi dziurami: czy informacja jest tracona, gdy materia przechodzi przez horyzont zdarzeń.
