Niezależnie od ilości dowodów na istnienie czarnych dziur, pozostają one w granicach fizyki teoretycznej. Ze względu na swoje właściwości - budowę, brak emitowanego światła, lokalizację i sposób działania - czarne dziury pozostają w cieniu. Ale nie wszyscy naukowcy, w tym Stephen Hawking, uważają, że tradycyjne czarne dziury muszą koniecznie pozostać w ramach współczesnej fizyki (mogą jednak mieć idealne rozwiązania matematyczne) - niektórzy idą dalej i twierdzą, że powinniśmy je zastąpić jednym z wiele alternatyw.
Niektóre alternatywy obejmują grawastary, hybrydowe tunele czasoprzestrzenne i gwiazdy kwarkowe. W zeszłym roku dwaj astrofizycy - Carlo Rovelli (Uniwersytet w Tulonie, Francja) i Francesca Vidotto (Uniwersytet Redbound w Holandii) - przedstawili kolejny: teoretyczny obiekt zwany gwiazdą Plancka (gwiazda Plancka). Nie zastępuje znormalizowanego modelu czarnej dziury jako takiego, ale przedstawia go na nowo.
Czarna dziura ma zwykle dwa główne składniki: horyzont zdarzeń i samą osobliwość. Horyzont zdarzeń jest dość prosty: to punkt, przez który nic nie może opuścić czarnej dziury. Z drugiej strony Osobliwość (serce czarnej dziury) jest znacznie trudniejsza do zrozumienia.
Krzywizna czasoprzestrzeni w tym nieskończenie gęstym punkcie staje się nieskończona. W rezultacie nie możemy logicznie zrozumieć, co dzieje się wewnątrz osobliwości. Co gorsza: to, do czego dochodzimy, narusza jednocześnie kilka uniwersalnych zasad lub praw.
Największy problem dotyczy sposobu, w jaki czarna dziura przetwarza informacje - informacje opisujące kwantowe właściwości wszystkiego, co połknęła czarna dziura. Fizycy twierdzą, że informacja nie może - nie powinna - zostać zniszczona, ale wydaje się, że tak właśnie się dzieje, gdy zostaje zassana przez nieuniknioną osobliwość. Ta tajemnica, zwana paradoksem informacyjnym czarnej dziury, jest niezwykle ważna, ale wrócimy do niej później.
Co to jest gwiazda Plancka?
Film promocyjny:
Gwiazda Plancka opiera się na hipotezie znanej jako „duże odbicie”; zgodnie z tą teorią wszechświat przystosował się do niekończącego się cyklu śmierci i odrodzenia. Innymi słowy, Wielki Wybuch niekoniecznie był początkiem wszystkiego - po prostu ta wersja wszechświata. Przed naszym był inny wszechświat: po nadmiernej ekspansji skurczył się, zapadł i zaczął od nowa (coś w rodzaju reinkarnacji, tylko w kosmicznej skali).
Uważa się, że to odbicie poprzedza kurczenie się, odwrotność Wielkiego Wybuchu, kiedy ekspansja wszechświata zatrzymuje się w pewnym momencie - w szczególności, gdy krytyczna staje się średnia gęstość czasoprzestrzeni. Po rozpoczęciu się zapaści cała istniejąca materia powinna zapaść się do stanu supergęstego (być może coś podobnego do osobliwości czarnej dziury).
Odbicie rozpocznie się, gdy tylko sprawa zostanie skompresowana do skali Plancka; przynajmniej tak mówi teoria. Naukowcy uważają, że jeśli ponownie rozważymy konsekwencje możliwej dużej kompresji, teoretycznie możemy zrewidować zachowanie czarnych dziur.
A co by było, gdyby zamiast zapadania się jądra supernowej do nieskończenie gęstego punktu (osobliwości) - zgodnie z naszym założeniem, że w ten sposób powstają czarne dziury masy gwiazdowej - to zapadanie się jest zawieszane przez „ciśnienie kwantowe”, które wygląda jak „zapobieganie spadaniu elektronu na jądro atom”.
Ta idea sama w sobie nie jest tak absurdalna. W końcu specjalne ciśnienie - degeneracja neutronów - może powstrzymać zapadanie się gwiazdy na pewnym progu masy (pozostawiając gwiazdy neutronowe lub pulsary za sobą), podczas gdy degeneracja elektronów spełnia to samo zadanie dla gwiazd ważących wagę naszego Słońca.
Ponadto naukowcy uważają, że efekt kwantowy, który zapobiega zapadaniu się materii do nieskończonej gęstości na dużą skalę, oznaczałby, że odbicie „nie występuje, gdy Wszechświat osiągnie rozmiar Plancka, jak wcześniej oczekiwano; zachodzi, gdy gęstość energii materii osiąga gęstość Plancka. Wszechświat „odbija się”, gdy gęstość energii materii osiąga skalę Plancka, najmniejszy możliwy rozmiar w fizyce”.
„Innymi słowy, grawitacja kwantowa może mieć znaczenie, gdy objętość Wszechświata jest o 75 rzędów wielkości większa niż objętość Plancka” - piszą autorzy artykułu opublikowanego w bloku arXiv.
W poszukiwaniu gwiazdy Plancka
Oczywiście, jeśli jeden z tych „obiektów” istnieje, będzie niewyobrażalnie mały (nawet w porównaniu z atomem), o średnicy 10 ^ -10 centymetrów. A jednak będzie o 30 rzędów wielkości większa niż długość Plancka (która wynosi 1,61619926 x 10 ^ -35 metrów).
Jeśli chodzi o to, jak gwiazda Plancka będzie wyglądać dla obserwatora, i to jest naprawdę interesujące, czynnik dylatacji czasu będzie szczególnie widoczny. Czas, w miarę jak się przemieszcza, nie płynie tak samo dla każdego. Płynie inaczej na powierzchni Ziemi i na niskiej orbicie okołoziemskiej, chociaż efekt jest znikomy. Szybkość, z jaką kleszcze powinny zmieniać się dramatycznie wokół masywnych gwiazd i planet, a także wokół czarnych dziur.
Zanim światło przekroczy horyzont zdarzeń, zaczyna wyczuwać dylatację czasu. Nie możemy być tego pewni - nawet nie wiemy, co dzieje się wewnątrz czarnych dziur - ale niektóre z najlepszych umysłów na świecie sugerują, że czas prawie całkowicie się tam zatrzymuje. Ale nie możesz tego zobaczyć z zewnątrz
Jeśli trudno to zrozumieć i jeśli widziałeś film Interstellar, przypomnij sobie epizod ze światem wodnym. (Uwaga spoiler). Ze względu na bliskość Gargantui - czarnej dziury, tunelu czasoprzestrzennego, przez który przeszedł zespół - godzina dla ludzi na powierzchni planety odpowiadała dziesiątkom lat w innych miejscach. Z tego powodu i pomimo faktu, że pierwszy człowiek wylądował na tej planecie dziesięć lat wcześniej, jest całkowicie możliwe, że astronautka przebywała tam tylko przez kilka godzin, aż do przybycia drugiej grupy. Jej latarnia była aktywna, ale żadne transmisje nie zostały odebrane.
Mimo to: każda gwiazda Plancka może przeżyć tylko chwilę przed „odbiciem”: przybliżony „czas potrzebny na pokonanie go przez światło”. Ale dla obserwatora z zewnątrz będzie żył miliony, a nawet miliardy lat … nadal istnieć obok samej czarnej dziury.
Mniej problemu
W tym momencie zaczynasz dokładnie rozumieć, co fizycy widzą w tym czysto teoretycznym modelu. Ostatecznie powraca do czarnej dziury i paradoksu informacyjnego. Zdaniem naukowców, jeśli osobliwość zastąpimy gwiazdą Plancka, ten paradoks przestaje być problemem.
Twierdzą, że po pewnym czasie X czarne dziury, które powoli tracą masę w ciągu swojego życia z powodu stopniowej emisji promieniowania Hawkinga, ostatecznie zderzą się z ekspansją gwiazd Plancka w ich rdzeniach: w pewnym momencie wszystkie przechowywane przez nie informacje zostaną uwolnione …
Co jeszcze? Naukowcy twierdzą, że gwiazdy Plancka mogą „wytwarzać wykrywalny sygnał pochodzenia kwantowo-grawitacyjnego o długości fali rzędu 10–14 cm”. Innymi słowy, może istnieć sposób na znalezienie jednego lub przynajmniej zawężenie zakresu wyszukiwania, patrząc na określone sygnatury promieniowania gamma. Być może już znaleźliśmy taki podpis, po prostu o tym nie wiemy.
Ilya Khel
