Mõned mustad augud kustutavad teie mineviku
Mõistlikult realistlik musta auku kukkumise simulatsioon näitab, kuidas ruum ja aeg on moonutatud ning kuidas sinine valgus nihkub sisemisele võiCauchy horisont, kus enamik füüsikuid arvab, et teid hävitatakse. Kuid UC Berkeley matemaatik väidab, et tegelikult suudaksite selle horisondi läbimise üle elada.
KõrvalRobert Sanders/Berkeley News
Reaalses maailmas määrab teie minevik ainulaadselt teie tuleviku. Kui füüsik teab, kuidas universum algab, saab ta arvutada selle tuleviku kogu aja ja kogu ruumi jaoks.
Kuid UC Berkeley matemaatik on leidnud teatud tüüpi mustad augud, milles see seadus laguneb. Kui keegi astuks ühte neist suhteliselt healoomulistest mustadest aukudest, võiks ta ellu jääda, kuid nende minevik kustutataks ja neil võiks olla lõpmatu hulk võimalikke tulevikuid.
Selliseid väiteid on varem esitatud ja füüsikud on tuginenudtugev kosmiline tsensuurseda ära seletada. See tähendab, et miski katastroofiline - tavaliselt kohutav surm - takistaks vaatlejatel tegelikult sisenemast aegruumi piirkonda, kus nende tulevik polnud ainulaadselt määratud. Selle põhimõtte pakkus esmakordselt välja füüsik 40 aastat tagasiRoger Penrose, hoiab püha ideed -determinism[põhjus ja tagajärg] - mis tahes füüsikalise teooria võti.
See tähendab, et arvestades minevikku ja olevikku, ei võimalda universumi füüsilised seadused rohkem kui ühte võimalikku tulevikku.
Kuid ütleb UC Berkeley järeldoktorPeeter Hintz, matemaatilised arvutused näitavad, et teatud tüüpi mustade aukude puhul meiega sarnases universumis, mis laieneb kiireneva kiirusega, on võimalik ellu jääda, kui minnakse deterministlikust maailmast mitte-deterministlikku musta auku.
Milline oleks elu ruumis, kus tulevik oli ettearvamatu, on ebaselge. Kuid see järeldus ei tähenda, et Einsteini üldrelatiivsusteooria võrrandid, mis siiani täiuslikult kirjeldavad kosmose arengut, on valed, ütles Hintz. Ta ütles:
Ükski füüsik ei kavatse reisida musta auku ja seda mõõta. See on matemaatika küsimus. Kuid sellest vaatenurgast muudab see Einsteini võrrandid matemaatiliselt huvitavamaks. See on küsimus, mida saab tõesti ainult matemaatiliselt uurida, kuid sellel on füüsilised, peaaegu filosoofilised tagajärjed, mis muudab selle väga lahedaks.
Hintz ja tema kolleegid avaldasid apaberkirjeldades neid ebatavalisi musti auke jaanuaris 2018 ajakirjasFüüsilise ülevaate kirjad.
Sündmuste horisondi taga
Mustad augud on veidrad objektid, mis on oma nime saanud sellest, et nende gravitatsioonist ei pääse midagi, isegi mitte valgus. Kui astute liiga lähedale ja ületate nn sündmuste horisondi, ei pääse te kunagi.
Väikeste mustade aukude puhul ei elaks te nii lähedast lähenemist kunagi üle. Sündmuste horisondi lähedal asuvatest loodetejõududest piisabspageteerimamidagi: st venitage seda, kuni see on aatomite jada.
Pilt Andrew Hamiltoni animatsioonist, mis põhineb John Hawley superarvuti simulatsioonil.
Suurte mustade aukude puhul, nagu näiteks Linnutee sarnaste galaktikate tuumade supermassiivsed objektid, mis kaaluvad kümneid miljoneid, kui mitte miljardeid kordi tähe massi, oleks sündmuste horisondi ületamine sündmusteta.
Kuna peaks olema võimalik üle elada üleminek meie maailmast musta augu maailma, on füüsikud ja matemaatikud juba ammu mõelnud, milline see maailm välja näeks, ning pöördunud Einsteini üldrelatiivsusteooria võrrandite poole, et ennustada maailma musta augu sees. Need võrrandid toimivad hästi seni, kuni vaatleja jõuab teoreetiliste arvutuste keskpunkti ehk singulaarsuseniaegruumi kõverus muutub lõpmatuks.
Kuid juba enne keskpunkti jõudmist võis musta augu uurija - kes ei suudaks kunagi välismaailmaga seda, mida ta leidis - edastada veidraid ja surmavaid verstaposte. Hintz uurib teatud tüüpi musta auku-standardset, mittepöörlevat elektrilaenguga musta auku-ja sellisel objektil on nn.Cauchy horisontsündmuste horisondi piires.
Cauchy horisont on koht, kus determinism laguneb, kus minevik ei määra enam tulevikku. Füüsikud, sealhulgas Penrose, on väitnud, et ükski vaatleja ei saaks kunagi Cauchy horisondi punktist läbi minna, sest nad hävitatakse.
Argumendi kohaselt aeglustub vaatleja horisondile lähenedes aeg, sest tugevas gravitatsiooniväljas tiksuvad kellad aeglasemalt. Kui valgus, gravitatsioonilained ja kõik muu, mis musta auku satuvad, langevad paratamatult Cauchy horisondi poole, näeks ka sissepoole kukkuv vaatleja lõpuks kogu seda energiat korraga. Tegelikult jõuab kogu energia, mida must auk universumi eluea jooksul näeb, samaaegselt Cauchy horisondi, mis unustab unustamata kõik vaatlejad, kes nii kaugele jõuavad.
Te ei näe laienevas universumis igavesti
Hintz mõistis siiski, et see ei pruugi kehtida laienevas universumis, mis kiireneb, näiteks meie oma. Kuna aegruumi hakatakse üha enam lahutama, ei mõjuta suur osa kaugest universumist musta auku üldse, kuna see energia ei saa liikuda kiiremini kui valguse kiirus.
Aegruumi diagramm laetud sfäärilise tähe gravitatsioonilisest kokkuvarisemisest, et moodustada laetud must auk. Vaatleja, kes reisib üle sündmuste horisondi, kohtab lõpuks Cauchy horisonti, see on aegruumi piirkonna piir, mida saab esialgsete andmete põhjal ennustada. Hintz ja tema kolleegid leidsid, et aegruumi piirkonda, mida tähistab küsimärk, ei saa kiirendava laienemisega universumi esialgsete andmete põhjal ennustada, nagu meie oma. See rikub tugeva kosmilise tsensuuri põhimõtet. Pilt APS/Alan Stonebrakeri kaudu.
Tegelikult on musta auku langemiseks saadaval ainult see energia, mis on vaadeldavas horisondis: universumi ruumala, mida must auk võib oma eksistentsi jooksul näha. Näiteks meie jaoks on vaadeldav horisont suurem kui 13,8 miljardit valgusaastat, mida saame näha minevikku, sest see hõlmab kõike, mida näeme igavesti tulevikus. Universumi kiirenev laienemine takistab meil nägemast kaugemale kui umbes 46,5 miljardi valgusaasta horisont.
Selle stsenaariumi korral on universumi laienemine võimendatudaja laieneminemusta augu sees ja teatud olukordades tühistab selle täielikult. Nendel juhtudel-täpsemalt siledad mittepöörlevad mustad augud suure elektrilaenguga, nnReissner-Nordström-de Sitter mustad augud-vaatleja võiks ellu jääda Cauchy horisondi kaudu ja mitte-deterministlikku maailma. Hintz ütles:
Einsteini võrrandite jaoks on mõned täpsed lahendused, mis on täiesti siledad, ilma keerdumusteta ja loodete jõudude lõpmatuseni, kus kõik on kuni Cauchy horisondini ja kaugemalgi hästi käitunud.
Hintz märkis, et horisondi läbimine oleks valus, kuid lühike.
Pärast seda on kõik panused välja lülitatud; mõnel juhul, näiteks Reissneri-Nordström-de Sitteri musta augu puhul, saab keskset singulaarsust üldse vältida ja elada igavesti tundmatus universumis.
Ta ütles, et laetud mustad augud on tõepoolest ebatõenäolised, kuna need meelitavad ligi vastupidise laenguga ainet, kuni nad muutuvad neutraalseks. Kuid laetud mustade aukude matemaatilisi lahendusi kasutatakse puhverserveritena pöörlevate mustade aukude sees toimuva jaoks, mis on ilmselt norm. Hintz väidab, et siledad, pöörlevad mustad augud, nnKerr-Newman-de Sitter mustad augud, käituks samamoodi. Hintz ütles:
See on häiriv, idee, et võiksite minna elektriliselt laetud tähega, mis variseb kokku musta auku, ja siis Alice sõidab selle musta augu sisse ja kui musta augu parameetrid on piisavalt ekstreemsed, võib juhtuda, et ta võib lihtsalt ületada Cauchy horisondi, elab selle üle ja jõuab universumi piirkonda, kus tähe täielikku algseisundit teades ei saa ta öelda, mis juhtuma hakkab. Seda ei määra enam ainuüksi esialgsete tingimuste täielik tundmine. Sellepärast on see väga tülikas.
Hintzi paber on juba tekitanud muid pabereid, millest üks peaks näitama, et enamik hästi käitunud mustadest aukudest ei riku determinismi. Kuid Hintz nõuab, et üks rikkumisjuhtum oleks liiga palju. Ta ütles:
Inimesed olid olnud rahulolevad umbes 20 aastat, alates 90ndate keskpaigast, et tugev kosmoloogiline tsensuur on alati kontrollitud. Me vaidlustame selle vaatepunkti.
Alumine rida: UC Berkeley matemaatik soovitab, et on teatud tüüpi mustad augud, milles determinismi seadus laguneb.