Najnowsze obliczenia teoretyczne sugerują, że pewien powtarzalny wzór „zmarszczek” w geometrii czasoprzestrzeni może prowadzić do powstawania nagich osobliwości i mikroskopijnych czarnych dziur. To ważne, bo pomaga uporządkować wieloletni spór o to, czy takie ekstremalne obiekty w ogóle są matematycznie możliwe.
W artykule opisanym na łamach Live Science chodzi o szczególny scenariusz znany fizykom od lat, ale dotąd głównie z symulacji komputerowych. Problem polega na tym, że symulacje zawsze mają ograniczoną dokładność i w pewnym momencie zaczynają „gubić” najdrobniejsze szczegóły, które w takich zjawiskach są kluczowe.
Czym jest „kryształ” czasoprzestrzeni w tym pomyśle.
Najprościej mówiąc, to samorzutnie układający się, powtarzalny matematyczny wzór falowania geometrii czasoprzestrzeni. W tym wzorze może pojawić się osobliwość, czyli punkt o nieskończonej krzywiźnie. Jeśli taka osobliwość nie jest schowana za horyzontem zdarzeń, mówimy o nagiej osobliwości.
Dlaczego „naga” osobliwość jest tak kłopotliwa.
Czarna dziura ma horyzont zdarzeń, czyli granicę, zza której nie wydostaje się światło ani materia. Naga osobliwość byłaby podobna, ale bez tej „zasłony”, a więc w zasadzie mogłaby być obserwowalna. To właśnie taka możliwość przez lata dzieliła fizyków i była przedmiotem głośnych dyskusji.
Delikatna granica między pustką a czarną dziurą.
W opisywanym scenariuszu układ jest niestabilny i działa jak stan „na ostrzu noża”. Przy minimalnej zmianie warunków początkowych może się albo rozproszyć i zniknąć, zostawiając niemal pustą przestrzeń, albo jednak zapadnie się grawitacyjnie, tworząc mikroskopijną czarną dziurę. To przypomina przejście fazowe, gdzie drobna zmiana decyduje, czy coś pozostaje cieczą, czy staje się lodem.
Co nowego wnosi praca zrobiona „długopisem i kartką”.
Naukowcy przedstawili analityczny, czyli wyprowadzony z równań, opis powstawania takich „kryształów” czasoprzestrzeni oraz związanych z nimi nagich osobliwości i mikroskopijnych czarnych dziur. Zastosowali sprytny zabieg: rozpatrywali ogólną teorię względności w bardzo dużej liczbie wymiarów, co wprowadza wygodny „mały parametr” i pozwala użyć narzędzi przybliżonych w kontrolowany sposób.
To nie oznacza, że żyjemy w świecie o ogromnej liczbie wymiarów. Chodzi o to, że taki trik matematyczny pozwala uzyskać ścisłe rozwiązanie w skrajnym przypadku, a potem sprawdzać, jak sytuacja zmienia się, gdy liczbę wymiarów zmniejsza się do bardziej realistycznych wartości. Badacze podkreślają jednak, że wciąż istnieje luka między tym, co da się policzyć dokładnie na papierze, a tym, co obejmują dostępne dane z obliczeń numerycznych.
Najważniejszy wniosek jest spokojny i ostrożny: to wciąż matematyka, nie dowód istnienia takich obiektów w naturze. Ale im lepiej fizycy rozumieją, kiedy równania dopuszczają nagie osobliwości i mikroskopijne czarne dziury, tym łatwiej będzie rozstrzygać, czy to tylko egzotyczne rozwiązania na marginesie teorii, czy coś, co mogłoby wydarzać się w naszym Wszechświecie.
Ilustracja została przygotowana z użyciem AI na bazie oryginalnego zdjęcia w celu zachowania spójności wizualnej.
Pełna treść źródłowa: Livescience.Com
