Pierwszym krokiem w kierunku grawitacji kwantowej, „Święty Graal fizyki”, może ukrywać się w przepisie kwantowym, aby ugotować czarne dziury.
Taka jest sugestia nowych badań, które dodają poprawki kwantowe do teorii grawitacji Einsteina z 1916 roku, znanej jako „ogólna względność. „Czarne dziury są dla tego istotne, ponieważ najpierw teoretycznie wyłoniły się z rozwiązań do Równania terenowe Einsteina To leżą u podstaw ogólnej względności.
Ta korekta kwantowa prowadzi do nowego przepisu do tworzenia Czarne dziury i wskazówka na drodze do Grawitacja kwantowa oraz zjednoczenie dwóch dominujących teorii fizyki.
Podczas gdy ogólna względność jest najlepszym modelem, jaki mamy grawitację i wszechświat w dużych skalach, i Fizyka kwantowa jest najlepszym opisem subatomii, teorie te nie ujednolicą. Dzieje się tak, ponieważ pomimo faktu, że oba istnieją od około wieku i zostały wyrafinowane i potwierdzone wiele razy, wciąż nie ma teorii „grawitacji kwantowej”.
Dzieje się tak również pomimo faktu, że fizyka kwantowa może uwzględniać pozostałe trzy wszechświata cztery podstawowe siły: siła elektromagnetycznaThe Silna siła nuklearnai słaba siła nuklearna.
Jednak fizyka kwantowa i ogólna względność mają coś wspólnego; Nie może też wyjaśnić, co dzieje się w sercu czarnych dziur.
„Czarne dziury to regiony w kosmosie, gdzie powaga jest tak silny, że nic, nawet nie światło, nie może uciec. Zwykle opisujemy je za pomocą teorii ogólnej względności, w której czarne dziury pojawiają się jako rozwiązania równań Einsteina, „główny autor badań i teoretyczny fizyk University of Sussex, Xavier Calmet, powiedział Space.com.„ Jednak w centrum czarnych dziur jest osobliwość, w której The Center of Black Holes Prawa fizyki, które znamy, załamują się. “
W tych osobliwościach gęstość czarnych dziur idzie do nieskończoności. Fizycy nie lubią nieskończoności, ponieważ są wewnętrznie niefizyczni, a kiedy się pojawią, reprezentuje niepowodzenie równań, które leżą u podstaw praw Wszechświat.
Zatem ta osobliwość w sercu czarnych dziur sugeruje fizykom, że teoria Ogólna względność jest niekompletnaa tym, czego można brakować, to grawitacja kwantowa.
„Uważamy, że ogólna względność działa tylko na dużych lub„ makroskopowych ”skalach, ale że na bardzo krótkie odległości lub skale mikroskopowe należy ją zastąpić przez kwantową teorię grawitacji, która łączy równania Einsteina fizyką kwantową” – powiedział Calmet. „To jest święty Graal fizyki teoretycznej”.
Czy „Święty Graal” w sercu czarnych dziur?
Fizycy od jakiegoś czasu szukają przepisu na grawitację kwantową i teorię zjednoczenia. Teoria strunktóry zastępuje cząsteczki wibracją subatomowymi, pojawił się jako wiodąca teoria łącząca ogólną teorię względności i fizykę kwantową, a tym samym powodując grawitację kwantową.
Jednak obecnie nie ma sposobu na eksperymentalne weryfikację tej teorii. Ponadto opiera się na wszechświecie posiadającego co najmniej 11 wymiarów, a obecnie nie ma dowodów na wymiary wykraczające poza trzy wymiary przestrzeni i jeden wymiar czasu.
Zaskakujące, dla spokojnych i współpracowników brak Ujednolicona teoria Nie była przeszkodą. Musieli tylko wiedzieć, że każda proponowana teoria musi pasować do teorii grawitacji Einsteina w dużych łuskach.
„Chociaż nie mamy jeszcze teorii grawitacji kwantowej, wiemy, że bez względu na tę teorię, teorię strun lub coś zupełnie innego, musi ona pasować do ogólnej względności w skalach makroskopowych” – powiedział Calmet. „Ta informacja jest wystarczająca przy stosowaniu nowoczesnych metod w teorii pola kwantowego do wykonywania obliczeń w grawitacji kwantowej bez konieczności pełnej wiedzy o teorii grawitacji kwantowej.
„Za pomocą tych technik możemy obliczyć poprawki do równań Einsteina, które muszą mieć zastosowanie do każdej teorii grawitacji kwantowej”.
To, co stwierdzili Calmet i współpracownicy, to, że oprócz czarnych dziur wynikających z rozwiązań do równań ogólnej względności, muszą być również „rozwiązania kwantowe” do czarnych dziur.
„Możemy skonstruować te rozwiązania analitycznie blisko Horizon wydarzeniazewnętrzna powierzchnia zatrzymywania światła czarnej dziury i daleko od czarnej dziury-wyjaśnił. „Jedną z wad zastosowania naszego podejścia do grawitacji kwantowej jest to, że nie możemy budować naszych rozwiązań zbliżonych do osobliwości, ponieważ wymagana jest pełna wiedza o grawitacji kwantowej”.
Oznacza to, że zespół nie może stwierdzić, czy ich przepis kwantowy na czarne dziury prowadzi do tej samej morfologii czarnych dziur, co ta, która wyłania się z ogólnej względności.
„Ważne jest jednak, aby pokazać, że istnieją nowe roztwory czarnej dziury w grawitacji kwantowej, które nie istnieją ogólnie względność” – powiedział Calmet. „Te nowe rozwiązania to nie tylko poprawki starego – są zupełnie nowe czarne dziury, które istnieją w świecie grawitacji kwantowej”.
W związku z tym badacz z University of Sussex uważa, że praca ta jest nadal krokiem w kierunku zrozumienia, w jaki sposób mechanika kwantowa i grawitacja współpracują.
Niestety, nawet Calmet nie wie jeszcze, w jaki sposób można je wyróżnić dwa potencjalne przepisy kulinarne czarnych dziur, ogólna względność w porównaniu z grawitacją kwantową. To dlatego, że możemy obserwować tylko czarne dziury z dużych odległości.
„Obserwowane przez nas astrofizyczne czarne dziury mogą być bardzo dobrze opisane przez nasze nowe rozwiązania, a nie o ogólnej terenie względności” – podsumował Calmet. „Ponieważ oba teorie pokrywają się na dużych odległościach, trudno będzie zaproponować testy zdolne do rozróżnienia dwóch rodzajów rozwiązań”.
Zatem przynajmniej na razie tajemnice grawitacji kwantowej mogą być ostro strzeżone przez czarne dziury.
Badania zespołu zostały opublikowane 19 czerwca w Dziennik listów eksplorujących granice fizyki.
