Symulacje numeryczne wskazały fizykom obszar czarnych dziur, w którym należy naruszyć przewidywalność praw fizyki. W takim rejonie kolejne stany układu mogą nie być konsekwencją obecnych, co jest niemożliwe w mechanice newtonowskiej i klasycznej elektrodynamice. Artykuł z wynikami został opublikowany w czasopiśmie Physical Review Letters.
Zwykle teorie fizyczne mówią o determinizmie świata, przewidywalności przyszłości: jeśli znane są warunki początkowe, to znając prawa fizyczne można obliczyć stan w dowolnym momencie w przyszłości. Taką teorią jest na przykład mechanika Newtona. To samo dotyczy klasycznej elektrodynamiki: znając dokładnie rozkład pól elektrycznych i magnetycznych w przestrzeni, można określić ich stan w dowolnym innym momencie za pomocą równań Maxwella. Nawet w mechanice kwantowej równanie Schrödingera nie dopuszcza przypadkowości: jeśli dokładnie znamy funkcję falową w początkowym momencie, to jednoznacznie mówi ona o jej ewolucji w czasie w dowolnym przedziale czasu.
W nowej pracy grupa teoretyków pod kierownictwem Vitora Cardoso z Uniwersytetu Lizbońskiego bada zapadanie się naładowanej gwiazdy w czarną dziurę i modeluje to zjawisko w ramach ogólnej teorii względności. W rezultacie okazuje się, że w tym procesie może powstać region, którego fizyki nie da się przewidzieć, znając początkowy stan gwiazdy.
Zgodnie z jednym z twierdzeń w ramach ogólnej teorii względności, istnieje maksymalny obszar czasoprzestrzeni, który jest jednoznacznie określony przez te warunki początkowe. Jeśli ten obszar nie jest całą istniejącą przestrzenią, to z definicji okazuje się, że istnieją obszary, których stan nie jest określony przez przyjęte warunki początkowe. Angielski naukowiec Roger Penrose sformułował hipotezę, którą nazwano zasadą silnej kosmicznej cenzury. Twierdzi, że to nie może się zdarzyć, to znaczy, że jednoznacznie definiowalny obszar nie jest częścią jakiejś większej przestrzeni.
Tworzenie naładowanej czarnej dziury, opisane przez metrykę Reissnera-Nordstroma, na pierwszy rzut oka narusza tę zasadę, ponieważ w tym przypadku horyzont Cauchy'ego formuje się wewnątrz czarnej dziury, do której czasoprzestrzeń pozostaje gładka, a poza nią można rozciągać na nieskończoną liczbę sposobów. Ale z drugiej strony ta powierzchnia jest niestabilna i wszelkie zakłócenia ją niszczą, prowadzą do ukształtowania się osobliwości i słuszności zasady kosmicznej cenzury.
Nowa praca bada zapadnięcie się gwiazdy w czarną dziurę o prawie granicznym ładunku, biorąc pod uwagę stałą kosmologiczną (Λ-człon w równaniach Einsteina). Wyrażenie Λ jest bardzo małe i zwykle jest brane pod uwagę tylko w badaniach kosmologicznych, ale wykazano, że dodatnia wartość Λ prowadzi do bardziej stabilnego horyzontu Cauchy'ego. W efekcie, nawet biorąc pod uwagę perturbacje, rozbieżność między parametrami czasoprzestrzennymi na horyzoncie Cauchy'ego nie jest duża, co umożliwia rozwiązywanie równań Einsteina nawet na samym horyzoncie. To narusza zasadę silnej kosmicznej cenzury.
Nieciągłość krzywizny na poziomie Cauchy'ego uzyskana w sytuacji ładunku ograniczającego i dodatniego członu Λ jest podobna do fali uderzeniowej w cieczy. Okazuje się, że mógł przez nią przeniknąć wystarczająco silny organizm. Można sobie wyobrazić obserwatora wskakującego do czarnej dziury i przekraczającego horyzont Cauchy'ego. W tym przypadku jego przyszłość okazuje się niepewna.
Dowód trafności przeprowadzonej analizy jest nadal wymagany, ponieważ autorzy rozważali tylko teorię zaburzeń liniowych. Warto również zauważyć, że astrofizyczne czarne dziury z ładunkami ograniczającymi nie mogą powstać, ponieważ nie ma tak silnie naładowanych gwiazd. Jednak horyzont Cauchy'ego występuje również w przypadku wirujących czarnych dziur, chociaż mają one mniej symetrii. W pracy nie uwzględniono również hipotetycznych efektów kwantowych, które mogą być silne w takich obszarach.
Film promocyjny: