De Muur Der Dood Rond Zwarte Gaten Kon Breken

{h1}

Een voldoende bepaalde astronaut zou in de mysterieuze, ondoordringbare wereld van een heel vreemd soort zwart gat kunnen doordringen.

Natuurwetenschappers hebben er lang op gehamerd dat zwarte gaten ondoordringbare cijfers zijn. Wat erin gaat, is verloren, onmogelijk om te studeren of zinvol te begrijpen. Een kleine hoeveelheid materie en energie kan uit een zwart gat in de vorm van "Hawking-straling" ontsnappen, maar alles wat zich nog in het zwarte gat bevindt, is functioneel uit het fysieke universum verdwenen.

Het idee is een basispremium van de moderne natuurkunde: als iets in een zwart gat valt, kan het niet worden gecontacteerd, kan het de toekomst niet voorspeld worden. Geen enkele waarnemer kan overleven in de donkere ruimte reizen, zelfs niet lang genoeg om rond te kijken en een paar dingen op te merken voordat hij wordt vernietigd.

Nu probeert een team van wiskundigen en natuurkundigen verspreid over Portugal, Canada, Nederland en de Verenigde Staten een gat in de hypothese te steken. Het is gewoon een speldeprik, maar het heeft al veel belangstelling en onderzoek van hun collega's gewekt.

In een artikel dat op 17 januari in het tijdschrift Physical Review Letters werd gepubliceerd, toonde het team van onderzoekers aan dat in bepaalde extreme situaties zwarte gaten konden bestaan ​​waardoor theoretische waarnemers hun buitenste grenzen konden passeren zonder direct te worden vernietigd. Ploeg je afgeschermde ruimteschip in de gebeurtenishorizon van een van deze singulariteiten (de oneindig kleine vlekken waarin alle zwarte gaten al hun materie en energie verdrijven), en je zou net lang genoeg kunnen leven om te zien wat er vanbinnen gebeurt. Het is een scheur in het zwart gat, al is het maar een heel klein cijfer. [Wat zou er gebeuren als je in een zwart gat viel?]

Om te begrijpen waarom dit zo belangrijk is voor natuurkundigen, moet je begrijpen hoe zij over het universum denken.

Het idee dat zwarte gaten moeten worden ommuurd, dat hun interieurs noodzakelijkerwijs niet kunnen worden waargenomen, wordt de kosmische censuurhypothese genoemd. Eerst voorgesteld door wiskundige Roger Penrose in 1969 en later bediscussieerd door mensen als Stephen Hawking en Kip Thorne, het is in de loop van de decennia aangepast en nooit formeel als een theorie genoemd. Maar voor bepaalde onderzoekers is het zoiets als een geloofsartikel, ondersteund door hoe netjes bepaalde losse eindjes in moderne modellen van het universum worden verbonden.

Maar de nieuwe paper impliceert dat in de grensregio's van deze speciale zwarte gaten, kosmische censuur breekt. Een waarnemer kan voorbij de zone gaan van wat de natuurkunde kan voorspellen en kijken wat daar gebeurt. En als dat waar is, zou dat betekenen dat de wereld van de fysica die logisch is begint te lekken in de zone van het onbegrijpelijke.

Het universum is een toekomstige valstrik

Om te begrijpen waarom dit zo belangrijk is voor natuurkundigen, moet je begrijpen hoe zij over het universum denken.

Een fysicus wil dat het universum werkt als een uurwerkmechanisme. Stel alle beginvoorwaarden in - plaats hier deze ster, die planeet daar en een golf van energie in die hoek - en de wetten van het universum bepalen precies hoe het hele systeem over enige tijd zal evolueren. De natuurkunde gaat ervan uit dat elk stukje materie zich op een soort onzichtbare treinbaan bevindt, van de ene onvermijdelijke bestemming naar de andere. Zelfs als menselijke wezens en hun supercomputers de toekomst niet altijd kunnen voorspellen, nemen natuurkundigen in het algemeen aan dat de toekomst al bepaald is.

Zelfs kwantummechanica, met zijn rare onzekerheden en diepe willekeur, schendt niet echt dat essentiële fysieke determinisme.

"Met de kwantummechanica heb je natuurlijk geen determinisme in de zin van bijvoorbeeld voorspellen wanneer een atoom gaat rotten", studeerde co-auteur Peter Hintz, een wiskundige aan de Universiteit van Californië, Berkeley en een onderzoeksmedewerker bij het Clay Mathematics Institute, zei in een interview met WordsSideKick.com "Maar je kunt wel de waarschijnlijkheidsverdelingen voorspellen van wanneer dat atoom hoogstwaarschijnlijk zal vergaan [en wanneer het waarschijnlijk niet zal vervallen]."

Het kwantummechanische beeld van een universum van zich ontwikkelende, kruisende kansverdelingen is een stuk wilder en verwarrender dan de wereld van Newton, of zelfs die van Einstein. Maar het is nog steeds fundamenteel deterministisch. Alles in de schepping zit gevangen in zijn geest-buigende loop door de aionen.

Zwarte gaten dreigen de val te breken

De enige plek waar het determinisme echt afbreekt, is binnen een singulariteit: comprimeer genoeg massa en energie samen, zodat ze samenvallen in één enkel punt, en de wetten van Einstein vallen uiteen. Plots beginnen de wetten van de natuurkunde onmogelijke dingen te doen, antwoorden als "oneindig" te geven op vragen die eindige antwoorden moeten hebben:

Wat is de zwaartekracht op dit punt? Oneindigheid. Hoe gebogen is de ruimtetijd hier? Oneindig.

Dat is gewoon geen situatie waar onze natuurkunde mee worstelt.

Wat er ook gebeurt in een singulariteit, de moderne natuurkunde is niet in staat om het uit te zoeken. En, althans volgens het principe van kosmische censuur zoals Penrose het uitlegde, wetenschappers die in ons universum opereren kan niet zoek het uit. De kennis is verboden door de structuur van ruimte-tijd: Alle bekende singulariteiten zijn ofwel opgesloten voorbij ondoordringbare gebeurtenishorizonten van zwarte gaten of in de onbegrijpelijke geschiedenis van het eerste moment van de Big Bang.

afstempeling

Als het papier van 17 januari slechts een speldenprik is, dreigt het te verbreden totdat het een grote kloof door het hele idee van kosmische censuur scheurt.

Hintz en zijn collega's toonden aan dat, onder bepaalde omstandigheden, de muur van de dood rond zwarte gaten kon instorten.

Wanneer wetenschappers pleiten voor kosmische censuur aan de grensgebieden van zwarte gaten, heeft een kritisch punt dat ze maken te maken met hoe energie zich gedraagt ​​als het een singulariteit nadert.

Het canonieke verhaal gaat als volgt: in de buurt van een zwart gat, vertelde Hintz aan WordsSideKick.com, vertraagt ​​de tijd. (Misschien ken je dit fenomeen als je de film 'Interstellar' hebt gezien.) [8 manieren waarop je de relativiteitstheorie van Einstein in het echte leven kunt zien]

Als je een wit licht laat schijnen op een astronaut die naar de horizon van het evenement valt, zal die tijd dilatatie - vanuit het perspectief van die astronaut - veroorzaken dat het licht lijkt te veranderen. Naarmate de tijd langzamer voor hen beweegt, maar in dezelfde mate voor de zaklantaarn die golf na golf vanaf een vaste locatie oppompt, lijken de pieken van elke golf sneller en sneller bij de astronaut te arriveren als die astronaut zich in langzamere en langzamere gebieden beweegt van tijd dichtbij het zwarte gat.

Wanneer de golftoppen van een bundel van elektromagnetische straling (inclusief zichtbaar licht) steeds sneller gaan komen, betekent dit dat (vanuit het perspectief van de tuimelende astronaut) de frequentie sneller wordt. De astronaut ziet de lichtblauwe verschuiving als de frequentie omhoog gaat en meer energie per seconde vervoert.

Vanuit het oogpunt van de astronaut zou dat milde flitslicht snel een gloeiende straal gammastraling worden, zei Hintz. Dan, precies aan de rand van het gebied waar de singulariteit ruimte onherkenbaar vervormt, waar de tijd lijkt te stoppen, zou de frequentie naar het oneindige gaan - een zone van oneindige energie, volkomen onoverwinnelijk. [Interstellar Space Travel: 7 Futuristic Spacecraft to Explore the Cosmos]

Het is de laatste verdediging van begrijpelijke fysica tegen de leegte, zoals de driekoppige hond die de poorten van de hel bewaakt: reis hier, waarnemer, en je zult worden vernietigd.

Opgeladen zwart gat

Of misschien niet. Hintz en zijn collega's bouwden een model waarin de muur van blauwverplaatste energie zou verdwijnen.

"We bestuderen dit universum waar er maar één zwart gat is, wat een heel laat stadium zou zijn in de evolutie van het universum waar al de andere materie, zoals jij en ik, is vergaan of verdwenen in zeer verre singulariteiten", zei hij.. "Het is een zwarte, gure plaats."

En dit zwarte gat dat ze beschreven is ongebruikelijk. Het heeft een zeer sterke elektromagnetische lading.

Onder normale omstandigheden neigen sterk geladen deeltjes om elkaar, positief en negatief, aan te trekken en elkaar op te heffen. Onze wereld heeft zakken met sterke lading - je haar na een poosje een ballon erop te hebben gewaaid - maar een massief lichaam neigt gemiddeld tot een lading van bijna nul. Het is waarschijnlijk dat geen enkel zwart gat van het soort dat Hintz en zijn collega's bestudeerden bestaat in het echte universum, zei hij.

Natuurkundigen studeerden echter geladen zwarte gaten, zei Hintz, omdat ze vrij goede analogieën zijn voor snel draaiende zwarte gaten, die bijna zeker bestaan, maar veel moeilijker zijn om mee te rekenen.

"Lading is het impulsmoment van een arme man [spin]", zei Hintz. Ze zijn niet hetzelfde, maar hun effecten zijn vergelijkbaar genoeg dat natuurkundigen soms de een voor de ander vervangen bij het bestuderen van zwarte gaten.

En het blijkt dat, in het geval van een geladen zwart gat dat sterk genoeg is geladen, een ander effect de blauwe verschuiving zou overvleugelen, en het leven van die astronaut zou kunnen redden: energie vervalt als het het zwarte gat nadert, en in het geval van de zwarte gat dat ze bestudeerden, zou het sneller vervallen dan dat het blauw verschoof. In plaats van uit te steken naar een oneindige energie in het grensgebied van dit zwarte gat, zou het uitpuilen, onschadelijk, aan de grens, zeiden de onderzoekers.

"Als je niet sterft [wordt niet uitgeroeid uit het fysieke bestaan ​​zoals wij het kennen] wanneer je de horizon oversteekt, dan valt het determinisme uiteen, omdat je niet echt kunt voorspellen wat er daarna zal gebeuren," zei Hintz.

Boom

Het idee is zo'n voldoende verbluffende weerlegging van de manier waarop natuurkundigen de wereld zien dat het een bijna onmiddellijke follow-up veroorzaakte.

In een paper uitgebracht op de preprint-website arXiv op 29 januari, in afwachting van peer review en publicatie, pakte een ander team van wiskundigen en natuurkundigen dezelfde vraag, maar dan voor een klasse van meer normale, moeilijk te modelleren, snel draaiende zwarte gaten. [De vreemdste zwarte gaten in het universum]

Zonder de extreme omstandigheden van de geladen zwarte gaten die Hintz en zijn collega's bestudeerden, vonden ze de kosmische censuur nog steeds intact. Stralen van energie zouden nog steeds vergaan bij het benaderen van het soort singulariteit dat ze modelleerden, maar niet snel genoeg om die dodelijke blauwverschuiving te voorkomen. Een dodelijk vuur brandt nog steeds op dit veel waarschijnlijkere grensgebied van de realiteit.

Hintz zei dat het belangrijk is om te begrijpen dat het universum van zijn collega en zijn collega 'vergezocht' is. Maar dit soort abstract onderzoek kan algemeen aanvaarde noties van de werkelijkheid doorboren en onderzoeksgebieden ontsluiten op een manier die experimentele wetenschap niet kan.

"Het is heel moeilijk om met experimenteel bewijsmateriaal van buitenaf te komen dat er iets aan de hand is in zwarte gaten," zei hij.

Maar dit onderzoek toont aan dat, ongeacht of we het ooit zullen zien, iets uit ons universum misschien wel eens een kijkje kan nemen.

Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Black Holes Explained – From Birth to Death.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com