Η επιστημονική έρευνα πιστοποιεί-3

Андрей Тихомиров

Η επιστημονική έρευνα πιστοποιεί-3

Μαύρες τρύπες στο σύμπαν

Ο Rajibul Sheikh από το Ινστιτούτο Βασικής Έρευνας Tata στην Ινδία πρότεινε έναν τρόπο να διακρίνει τα στόματα των σκουληκότρυπων από τις μαύρες τρύπες. Μια προεκτύπωση ενός επιστημονικού άρθρου με θεωρητικούς υπολογισμούς του φυσικού δημοσιεύεται στον ιστότοπο arXiv.org .

Μια σκουληκότρυπα (γνωστή και ως σκουληκότρυπα και σκουληκότρυπα) είναι ένα υποθετικό αντικείμενο που σε κάθε δεδομένη στιγμή αντιπροσωπεύει μια "ευθεία σήραγγα" μεταξύ ορισμένων περιοχών του χώρου. Φανταστείτε ένα τσαλακωμένο κομμάτι χαρτί. Μπορείτε να ταξιδέψετε χωρίς να αφήσετε την επιφάνεια του. Στη συνέχεια, για να φτάσετε από το σημείο Α στο σημείο Β, θα πρέπει να ξεπεράσετε ευσυνείδητα όλες τις στροφές του. Ή μπορείτε να" τρυπήσετε " την επιφάνεια και να φτάσετε στο σωστό σημείο στην άλλη πλευρά ευθεία. Αυτή είναι η ευκαιρία που παρέχει η σκουληκότρυπα (αν και όχι στα διαστημόπλοια, αλλά στην καλύτερη περίπτωση στα φωτόνια).

Οι σκουληκότρυπες έχουν από καιρό ενθουσιάσει τη φαντασία των φυσικών, επειδή είναι ένας τρόπος να εξετάσουμε περιοχές του χώρου που είναι απρόσιτες για άμεση παρατήρηση λόγω της πολύ μικρής ταχύτητας του φωτός στην κλίμακα του χώρου. Επιπλέον, σύμφωνα με ορισμένες θεωρίες, οι σκουληκότρυπες συνδέουν διαφορετικά σύμπαντα στο πολυσύμπαν. Αυτό σημαίνει ότι είναι δυνητικά δυνατό να κοιτάξουμε σε ένα άλλο σύμπαν.

Η παρουσία σκουληκότρυπων δεν έρχεται σε αντίθεση με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, την πιο βαθιά και καλύτερα δοκιμασμένη θεωρία του χωροχρόνου μέχρι σήμερα. Ωστόσο, για να διατηρηθεί ο τυφλοπόντικας, χρειάζονται εξωτικές μορφές ύλης, η ύπαρξη των οποίων οι φυσικοί δεν είναι ακόμη σίγουροι.

Όπου οι θεωρητικοί στερούνται γνώσης, η παρατήρηση μπορεί να βοηθήσει. Η δυσκολία είναι ότι για έναν αστρονόμο, η "είσοδος" σε μια σκουληκότρυπα (ο λαιμός, όπως λένε οι ειδικοί) θα πρέπει να φαίνεται σχεδόν ίδια με μια μαύρη τρύπα.

Όπως γνωρίζετε, οι μαύρες τρύπες δεν παρατηρούνται άμεσα, γι ' αυτό είναι μαύρες. Ανιχνεύονται λόγω της λάμψης της ύλης που πέφτει πάνω τους, των παραμέτρων των τροχιών των δορυφορικών σωμάτων και πιο πρόσφατα των βαρυτικών κυμάτων. Ωστόσο, μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι δεν γνώριζαν έναν τρόπο να διακρίνουν μια μαύρη τρύπα από μια σκουληκότρυπα.

Ο Σεΐχης προτείνει αυτή τη μέθοδο. Βασίζεται σε μια ειδική δομή που σχηματίζεται λόγω της επίδρασης της βαρύτητας μιας μαύρης τρύπας στα φωτόνια που την περιβάλλουν. Αυτή είναι μια χαρακτηριστική σκοτεινή περιοχή σε φωτεινό φόντο, τη λεγόμενη σκιά. Η πηγή του" φωτισμού " που απαιτείται για τη δημιουργία μιας σκιάς μπορεί να είναι είτε ένας δίσκος ύλης που πέφτει σε μια μαύρη τρύπα (ένας δίσκος προσαύξησης, όπως λένε οι ειδικοί), είτε άλλα ουράνια σώματα.

Ο φυσικός θεώρησε μια συγκεκριμένη κατηγορία σκουληκότρυπων, τις λεγόμενες σκουληκότρυπες Theo. Θεωρητικά μελέτησε την εξάρτηση του σχήματος της σκιάς του λαιμού από την ταχύτητα περιστροφής του γύρω από τον άξονά του. Στη συνέχεια, ο συγγραφέας συνέκρινε τα αποτελέσματα με τη συμπεριφορά του πιο δημοφιλούς μοντέλου μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας, γνωστής ως μαύρη τρύπα Kerr.

Όπως διευκρινίζει το ScienceAlert, αποδείχθηκε ότι με αργή περιστροφή, ο λαιμός μιας σκουληκότρυπας δεν μπορεί να διακριθεί από μια μαύρη τρύπα. Ωστόσο, εάν το αντικείμενο περιστρέφεται γρηγορότερα, το σχήμα της σκιάς μας επιτρέπει να πούμε αν υπάρχει μια μαύρη τρύπα μπροστά μας ή ο λαιμός μιας σκουληκότρυπας. Είναι σημαντικό οι ταχύτητες αυτές να μην είναι απαγορευτικά υψηλές και μπορεί να παρατηρηθούν στην πραγματικότητα.

"Τα αποτελέσματα που προέκυψαν εδώ δείχνουν ότι οι σκουληκότρυπες που εξετάζονται σε αυτό το έγγραφο και έχουν λογική ταχύτητα περιστροφής γύρω από τον άξονά τους, χάρη στις παρατηρήσεις των σκιών τους, μπορούν να διακριθούν από τις μαύρες τρύπες", γράφει ο Σέιχ στο σχολιασμό του άρθρου του.

Η δυσκολία έγκειται στο γεγονός ότι μέχρι σήμερα δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ σκιές ούτε από μαύρες τρύπες ούτε από λαιμούς σκουληκότρυπας. Ο λόγος είναι ότι απαιτεί πολύ υψηλή ανάλυση (δυνατότητα διάκρισης μικρών λεπτομερειών). Ωστόσο, το σύστημα ραδιοτηλεσκοπίου EHT, σχεδιασμένο να "βλέπει" άμεσα τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, έχει πιθανώς τις απαραίτητες παραμέτρους και έχει ήδη κάνει τις πρώτες παρατηρήσεις.

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Johns Hopkins πρότειναν μια υπόθεση σχετικά με την ύπαρξη ενός ειδικού τύπου διαστημικών αντικειμένων που είναι αόρατα και λυγίζουν το φως σαν μαύρες τρύπες, αλλά δεν έχουν κλασικό ορίζοντα γεγονότων. Η ανακάλυψη αναφέρεται σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review D.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη θεωρία χορδών για να πραγματοποιήσουν μια θεωρητική αναζήτηση αντικειμένων που θα μπορούσαν να αναπαράγουν τα ίδια βαρυτικά αποτελέσματα με τις μαύρες τρύπες. Διαπίστωσαν ότι τα τοπολογικά σολιτόνια αντιστοιχούν σε αυτή την κατάσταση, τα οποία αντιπροσωπεύουν έναν ασυνήθιστο τύπο παραμόρφωσης του χώρου και του χρόνου που περιλαμβάνει πρόσθετες συμπαγείς διαστάσεις.

Οι προσομοιώσεις υπολογιστών έχουν δείξει ότι τα τοπολογικά σολιτόνια, σε αντίθεση με τις συνηθισμένες μαύρες τρύπες, εκπέμπουν αδύναμες ακτίνες φωτός που διαφορετικά δεν θα μπορούσαν να ξεφύγουν από τη βαρύτητα μιας πραγματικής μαύρης τρύπας. Τα φωτόνια κινούνται κατά μήκος πολυάριθμων καμπυλωτών τροχιών, με αποτέλεσμα η σκιά μιας ψεύτικης μαύρης τρύπας να φαίνεται θολή. Για μια συνηθισμένη μαύρη τρύπα, μια τέτοια σκιά ορίζει τα όρια του ορίζοντα γεγονότων, μια περιοχή από την οποία το φως δεν μπορεί να διαφύγει.

Τα τοπολογικά σολιτόνια είναι το αποτέλεσμα μιας τροποποίησης της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν το 2021 χρησιμοποιώντας ορισμένα συμπεράσματα από τη θεωρία χορδών. Είναι ένα παράδειγμα εξωτικών αντικειμένων στο πλαίσιο της κβαντικής βαρύτητας, η οποία προσπαθεί να συμβιβάσει την κβαντική μηχανική και τις επιπτώσεις της θεωρίας της σχετικότητας. Ωστόσο, ακόμη και χωρίς τη χρήση της θεωρίας χορδών, μπορεί να υπάρχουν άλλα υποθετικά αντικείμενα που είναι εναλλακτικές λύσεις στις μαύρες τρύπες, όπως μποζονικά αστέρια και gravastars.

Από το βιβλίο του Tikhomirov A.E. Διαρθρωτικά επίπεδα και συστηματική οργάνωση της ύλης. Λίτρα, Μόσχα, 2023, Σ.1 (μετάφραση από τα αγγλικά): "θεωρητικοί φυσικοί από το Πανεπιστήμιο Radboud στο Nijmegen πραγματοποίησαν μια μελέτη που επαληθεύει την ορθότητα της θεωρίας των μαύρων τρυπών του Stephen Hawking. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν το επιβεβαίωσαν εν μέρει και μας επέτρεψαν επίσης να προτείνουμε ότι όλα στο σύμπαν εξατμίζονται σταδιακά. Η νέα θεωρητική μελέτη διεξήχθη από τους φυσικούς Michael vondrak, Walter van Suilek και Heino Falke. Δοκίμασαν τη θεωρία του διάσημου θεωρητικού φυσικού Στίβεν Χόκινγκ για τις μαύρες τρύπες και ανακάλυψαν ότι είχε δίκιο με πολλούς τρόπους, αλλά όχι σε όλα. Κάποτε, ο Χόκινγκ, χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό κβαντικής φυσικής και της θεωρίας της βαρύτητας του Αϊνστάιν, υποστήριξε ότι η αυθόρμητη δημιουργία και εξόντωση ζευγών σωματιδίων θα πρέπει να συμβεί κοντά στον ορίζοντα γεγονότων. Αυτό ονομάζεται "σημείο μη επιστροφής", δηλαδή μια αόρατη γραμμή πέρα από την οποία δεν υπάρχει διαφυγή από τη βαρυτική δύναμη μιας μαύρης τρύπας για οποιαδήποτε αντικείμενα, ακόμη και τα μικρότερα.

Ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιο του γεννιούνται από ένα κβαντικό πεδίο για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, μετά το οποίο εκμηδενίζονται αμέσως. Αλλά μερικές φορές εξακολουθεί να συμβαίνει ότι ένα σωματίδιο πέφτει σε μια μαύρη τρύπα, και το άλλο πετάει έξω από αυτό. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ακτινοβολία Χόκινγκ. Σύμφωνα με τον ίδιο τον Χόκινγκ, μια τέτοια διαδικασία θα πρέπει τελικά να οδηγήσει στην εξάτμιση μιας μαύρης τρύπας.

Σε μια νέα μελέτη, έχει ληφθεί θεωρητική επιβεβαίωση ότι οι μαύρες τρύπες τελικά θα εξατμιστούν λόγω της ακτινοβολίας Hawking. Αλλά οι υπολογισμοί ταυτόχρονα έδειξαν ότι ο ορίζοντας γεγονότων δεν είναι τόσο σημαντικός όσο θεωρήθηκε μέχρι τώρα. Η βαρύτητα και η καμπυλότητα του χωροχρόνου προκαλούν επίσης ακτινοβολία Χόκινγκ. Αυτό σημαίνει ότι όλα τα μεγάλα αντικείμενα στο σύμπαν, συμπεριλαμβανομένων των υπολειμμάτων των αστεριών, τελικά θα εξατμιστούν.