Το ταξίδι προς τις γυμνές ιδιομορφίες

Οι ιδιομορφίες μπορεί να υπάρχουν έξω από τις μαύρες τρύπες – σε άλλα σύμπαντα

To 1969 o Roger Penrose πίστευε ότι δεν μπορούν να σχηματιστούν γυμνές ιδιιομορφίες (ή ανωμαλίες). Αδυνατώντας όμως να το αποδείξει διατύπωσε την υπόθεση της κοσμικής λογοκρισίας: Ένα αντικείμενο που καταρρέει ουδέποτε μπορεί να σχηματιστεί γυμνή ιδιομορφία. Αν σχηματιστεί ιδιομορφία πρέπει να καλύπτεται από ορίζοντα γεγονότων, οπότε εμείς που βρισκόμαστε στο εξωτερικό σύμπαν δεν θα μπορούμε να τη δούμε.

Οι μαύρες τρύπες περιγράφονται συχνά ως επικίνδυνες καταστροφικές οντότητες που όταν κάτι εγκλωβίζεται σ΄ αυτές είναι αδύνατον στη συνέχεια να διαφύγει. Τι γίνεται όμως αν οι μαύρες τρύπες είναι προστατευτικές – μας προφυλάσσουν από τις απρόβλεπτες επιδράσεις των περιοχών του σύμπαντος στις οποίες η φυσική μας κατανόηση καταρρέει; Αυτή η ερώτηση μπορεί να ακούγεται περίεργη, αλλά στην πραγματικότητα, βρίσκεται στο επίκεντρο ενός γρίφου της φυσικής εδώ και δεκαετίες, γνωστό ως «κοσμική λογοκρισία», ένα ερώτημα στο οποίο οι ερευνητές ίσως καταφέρουν τελικά να απαντήσουν.

Η σημερινή θεωρία της βαρύτητας, η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, αποτυγχάνει παταγωδώς όταν εφαρμόζεται σε σημεία του χωροχρόνου που ονομάζονται «ιδιομορφίες ή ανωμαλίες (singularities)». Οι εξισώσεις της δεν μπορούν να περιγράψουν τι συμβαίνει σ’ αυτά τα σημεία.

Τα θεμελιώδη αξιώματα της φυσικής απαιτούν ο πραγματικός φυσικός κόσμος να έχει νόημα και μέσα στις μαύρες τρύπες. Αυτή η κατάρρευση των μαθηματικών σημαίνει ότι κάποια άγνωστη προς το παρόν φυσική, η οποία πιθανότατα περιλαμβάνει κβαντομηχανική, ισχύει στην περιοχή των ιδιομορφιών. Αλλά μέχρι να βρεθεί μια θεωρία που να ενοποιεί βαρύτητα και κβαντική φυσική, το τι ακριβώς συμβαίνει σε αυτά τα σημεία είναι αδύνατον να κατανοηθεί.

Ευτυχώς, με τις ιδιομορφίες που βρίσκονται μέσα στις μαύρες τρύπες, δεν χρειάζεται να ανησυχούμε για τις πιθανές παράξενες επιπτώσεις τους στον εξωτερικό κόσμο. Τι θα γινόταν όμως αν αυτές οι ιδιομορφίες εμφανίζονταν από μόνες τους, έξω από τις μαύρες τρύπες; Οι επιπτώσεις μπορεί να είναι τεράστιες. Επειδή δεν έχουμε ακόμη μια πλήρη θεωρία για να περιγράψουμε τι συμβαίνει στις ιδιομορφίες, δεν μπορούμε να εμπιστευτούμε την ιστορία που μας λέει η γενική σχετικότητα. «Οι γυμνές ιδιομορφίες κάνουν την γενική σχετικότητα να χάνει την προβλεπτική της δύναμη», λέει ο Yen Chin Ong, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Yangzhou της Κίνας, ο οποίος μελέτησε την φύση των ιδιομορφιών στις θεωρίες της βαρύτητας.

Στην δεκαετία του 1960, ο Βρετανός φυσικός Roger Penrose μελέτησε τα μαθηματικά των μαύρων τρυπών και τις ιδιομορφίες, και για τις εν λόγω εργασίες του τιμήθηκε το 2020 με το Νόμπελ Φυσικής. Εκείνη την εποχή, κανείς δεν είχε δώσει κάποια πειστική απόδειξη ότι οι εξισώσεις της γενικής σχετικότητας θα μπορούσαν να περιγράψουν αυτές τις ακάλυπτες ιδιομορφίες σε ένα φυσικώς λογικό σύμπαν. Αυτές υλοποιούνταν μόνο κάτω από τον μανδύα μιας μαύρης τρύπας. Ο Penrose πρότεινε μια εικασία – μια εμπεριστατωμένη εικασία, όχι μια ακλόνητη απόδειξη – ότι η γενική σχετικότητα δεν θα έκανε ποτέ αυτήν την πρόβλεψη. Αυτή η εικασία είναι γνωστή ως κοσμική λογοκρισία: με κάποιο τρόπο τα μαθηματικά πρέπει να λειτουργήσουν έτσι ώστε η φύση να λογοκρίνει την ύπαρξη αυτών των τις «γυμνών» ιδιομορφιών.

Η κοσμική λογοκρισία είναι μια ιδέα που στους φυσικούς φαίνεται να είναι σωστή και οι περισσότεροι υποθέτουν ότι είναι. Παρόλο που οι ερευνητές έχουν προτείνει τρόπους για να εντοπίσουν γυμνές ιδιομορφίες – παρατηρήσιμες ενδείξεις που θα μπορούσαν να τις ξεχωρίσουν από τις μαύρες τρύπες – οι αστρονόμοι δεν έχουν εντοπίσει προς το παρόν κανένα στοιχείο τους. Ωστόσο, μετά από 50 χρόνια και πλέον, κανείς δεν έχει αποδείξει ή διαψεύσει την εικασία του Penrose.

Τις πρώτες δεκαετίες μετά την αρχική εργασία του Penrose, οι θεωρητικές μελέτες υποστήριξαν την ιδέα ότι η κοσμική λογοκρισία ισχύει. Στη συνέχεια, το 2010, οι φυσικοί Luis Lehner και Frans Pretorius χρησιμοποίησαν μια προσομοίωση μέσω υπολογιστή για να δείξουν ότι η η εξωτερική επιφάνεια των μαύρων τρυπών θα μπορούσε να σπάσει σε κομμάτια και να αφήσει πίσω γυμνές ιδιομορφίες. Η διάσπαση όμως συμβαίνει με μια περίεργη συστροφή. Συμβαίνει μέσα από μια διαδικασία, την λεγόμενη αστάθεια Gregory-Laflamme, που μπορεί να συμβεί μόνο σε σύμπαντα με περισσότερες από τρεις χωρικές διαστάσεις. Με άλλα λόγια, τέτοιου είδους αστάθειες που αποκαλύπτουν την ιδιομορφία θα πρέπει να είναι αδύνατες στις τρεις διαστάσεις του σύμπαντός μας, όπως περιγράφεται από την γενική σχετικότητα.

Όμως, πέρα από αυτόν τον περιορισμό, το αποτέλεσμα εξακολουθεί να έχει νόημα. Με αυτό το παράδειγμα ως αφετηρία, οι ερευνητές μπορούν να αναζητήσουν παρόμοιες διαδικασίες και να ρωτήσουν: «Συμβαίνει κάτι τέτοιο στο σύμπαν μας;» Αν η απάντηση είναι αρνητική, μπορούν να ρωτήσουν: «Γιατί όχι;» Ο Pau Figueras, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου, λέει ότι αυτή η προσέγγιση δεν ισοδυναμεί με πλήρη απόδειξη αλλά ότι εξακολουθεί να είναι πειστική. «Αν αυτή η συγκεκριμένη διαδικασία είναι ο μόνος τρόπος παραβίασης της κοσμικής λογοκρισίας», λέει, «και οι αστροφυσικές μαύρες τρύπες δεν υποφέρουν από αυτήν, τότε προσφέρεται ένας τρόπος για να αποδειχθεί ότι η εικασία του [Penrose] είναι αληθής σε αστροφυσικούς χωροχρόνους».

Το αποτέλεσμα του Lehner και του Pretorius ενέπνευσε μια νέα έκρηξη ενδιαφέροντος για την κοσμική λογοκρισία. Σύμφωνα με τον Figueras, το πεδίο έχει αποκτήσει δυναμική την τελευταία δεκαετία, σε μεγάλο βαθμό χάρη στην πρόοδο των υπολογιστών, που έκαναν δυνατές τις προσομοιώσεις της εξέλιξης των μαύρων τρυπών που σε ορισμένες περιπτώσεις, καταρρέουν για να αποκαλύψουν ιδιομορφίες. «Δεν είναι μόνο ότι οι υπολογιστές που χρειάζονταν δεν ήταν διαθέσιμοι πριν από 20 χρόνια», λέει. «Δεν γνωρίζαμε πως να προσομοιώσουμε την γενική σχετικότητα και επομένως τις μαύρες τρύπες στους υπολογιστές». Το αποτέλεσμα, λέει, είναι ότι ναι, οι γυμνές ιδιομορφίες είναι πιο συχνές απ’ ότι αναμένονταν – σε σύμπαντα με επιπλέον διαστάσεις.

Ο Figueras και οι συνεργάτες του έχουν δείξει, για παράδειγμα, ότι οι γυμνές ιδιομορφίες μπορούν να εμφανιστούν όταν συγκρούονται μαύρες τρύπες. Τέτοιες συγκρούσεις συμβαίνουν ακόμη και γύρω μας. Αλλά οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τέτοια γεγονότα στο σύμπαν μας δεν παράγουν το ίδιο αποτέλεσμα – μια σύγκρουση τελειώνει πάντα με την ιδιομορφία τυλιγμένη συνεχώς μέσα σε μια μαύρη τρύπα.

Μια πλήρης απόδειξη ή οριστική διάψευση της εικασίας της κοσμικής λογοκρισίας του Penrose παραμένει άπιαστη. Το σημαντικό για τους περισσότερους θεωρητικούς δεν είναι το αν ισχύει ή όχι η κοσμική λογοκρισία, λέει ο Yen Chin Ong. Είναι αυτό που μπορούμε να μάθουμε στην πορεία, ποιες ιδέες μπορούμε να αποκτήσουμε, ποια εργαλεία μπορούμε να αναπτύξουμε.

Τ’ ωραίο ταξίδι είναι σημαντικό, όχι μόνο ο προορισμός.

πηγή: https://www.scientificamerican.com/article/singularities-can-exist-outside-black-holes-in-other-universes/



Κατηγορίες:ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ

Ετικέτες:

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: