Oleme jõudnud 13,8 miljardi aasta jooksul kaugele; kuid vaatamata meie muljetavaldavalt ulatuslikule arusaamisele universumist, on siiski mõned stringid ühendamata. Ühe jaoks on sageli viidatud üldrelatiivsusteooria, väga suure füüsika ja kvantmehaanika, väga väikeste füüsika vahel. Siis on osakese sisemise teabe problemaatiline saatus pärast seda, kui see on sattunud musta auku. Nüüd üritab fundamentaalfüüsika uus tõlgendus lahendada mõlemad eeldused, esitades julge arvamuse: teatud skaaladel ruumi ja aega lihtsalt ei eksisteeri.
Alustame millestki, milles pole kahtlust. Tänu Einsteini erirelatiivsusteooriale võime kõik nõustuda, et valguse kiirus on kõigi vaatlejate jaoks konstantne. Samuti võime nõustuda, et kui te pole footon, kaasneb valgusekiirusele lähenemisega päris tore funktsioon - nimelt näevad kõik, kes teid jälgivad, teie pikkust tihendada ja teie kell aeglustuda.
Kuid aja aeglustumine toimub ka gravitatsiooniliselt tugevate objektide lähedal, mida kirjeldab üldrelatiivsus. Nii et kui teil juhtub olema Linnutee keskel vaatamisväärsusi ja teete kahetsusväärse otsuse jõuda liiga lähedale meie ülimadala musta augu sündmuste horisondile (mis on põudsemalt tuntud kui tagasipöördumispunkt), jälgivad kõik näete ka oma kella aeglustumist. Tegelikult on ta tunnistajaks teie liikumisele sündmuse horisondi poole aeglaselt dramaatiliselt lõpmatu ajahulk; see tähendab, et nüüd oma trauma saanud sõbra vaatenurgast ei saa te kunagi sündmuse horisonti. Sellest nähtamatust barjäärist möödudes, kui varsti on musta augu tohutu gravitatsioon spageetiks, ei tunne te aja muutumise osas mingit erinevust.
Niisiis, kes on “õige”? Relatiivsus tingib, et iga vaatleja vaade on võrdselt kehtiv; kuid selles olukorras ei saa teil mõlemal olla õigus. Kas sa seisad silmitsi musta auku südames või ei? (Märkus: see pole tingimata paradoks, kuid intuitiivselt tundub see pisut kleepuv.)
Ja seal on veel üks suurem probleem. Arvatakse, et musta augu sündmushorisond tekitab Hawkingi kiirgust - omamoodi põgenevat energiat, mis viib lõpuks nii musta augu aurustumiseni kui ka kogu aine ja energia hävitamiseni, mida seal kunagi hoiti. Sellel kontseptsioonil on musta auguga füüsikud pead kratsimas. Kuna füüsikaseaduste kohaselt tuleb säilitada osakeste või süsteemide kogu sisemine teave (nimelt kvantlainefunktsioon). See ei saa lihtsalt ära kaduda.
Miks kõik need veidrad paradoksid? Kuna hägusas ruumis, kus ainsus vastab üldisele relatiivsusele, on mustad augud - see on viljakas, kuid seni kasutamata pinnas kõige tabamatu teooria jaoks.
Sisestage kaks huvitavat, ent vastuolulist mõistet: kahekordselt eriline relatiivsus ja gravitatsiooni vikerkaar.
Nii nagu valguse kiirus on erirelatiivsusteaduses üldiselt kokku lepitud konstant, nii on ka Plancki energia kahekordse erirelatiivsusega (DSR). DSR-is on see väärtus (1,22 x 1019 GeV) on maksimaalne energia (ja seega ka maksimaalne mass), mis osakesel võib olla meie Universumis.
DSR-i maksimaalse energiaväärtuse kaks olulist tagajärge on minimaalsed aja- ja ruumiühikud. See tähendab, et sõltumata sellest, kas liigute või paigal, tühjas ruumis või musta augu läheduses, nõustute, et klassikaline ruum laguneb Plancki pikkusest lühematel vahemaadel (1,6 x 10)-35 m) ja klassikaline aeg laguneb hetkedel, mis on lühemad kui Plancki aeg (5,4 x 10-44 sek).
Teisisõnu, kosmoseaeg on diskreetne. See eksisteerib jagamatutes (ehkki kaduvalt väikestes) üksustes. Kvant allpool, klassikaline ülal. Lisage pildile üldine relatiivsus ja saate gravitatsiooni vikerkaare teooria.
Füüsikud Ahmed Farag Ali, Mir Faizal ja Barun Majumder usuvad, et neid teooriaid saab kasutada ülalnimetatud musta augu ajendite selgitamiseks - nii teie vastuoluliseks spagetiseerimiseks kui ka teabe paradoksiks. Kuidas? DSR ja gravitatsiooni vikerkaare järgi piirkondades, mis on väiksemad kui 1,6 x 10-35 m ja kohati lühem kui 5,4 x 10-44 sec… universumit, nagu me seda teame, lihtsalt pole olemas.
"Gravitatsiooni vikerkaare puhul ei eksisteeri ruumi allapoole teatud miinimumpikkust ja aega ei eksisteeri alla minimaalse minimaalse ajavahemiku," selgitas Ali, kes koos Faizali ja Majumderiga on kirjutanud eelmisel kuul selleteemalise paberi. . "Niisiis, kõik ruumis eksisteerivad ja korraga esinevad objektid ei eksisteeri alla selle pikkuse ja ajavahemiku (mis on seotud Plancki skaalaga)."
Meie õnneks on iga osake, millest me teame, ja seega ka iga osake, millest me oleme valmistatud, palju suurem kui Plancki pikkus ja kestab palju kauem kui Plancki aeg. Niisiis - phew! - sina ja mina ning kõik, mida me näeme ja teame, võivad jätkuda. (Ärge lihtsalt sondige liiga sügavalt.)
Musta augu sündmushorisont on aga hoopis teine lugu. Lõppude lõpuks ei ole sündmuste horisont osakestest tehtud. See on puhas kosmoseaeg. Ja Ali ja tema kolleegide sõnul kaotaks see tähenduse, kui saaksite seda jälgida väga lühikese aja või vahemaa skaalal. See poleks üldse point-of-no-return. Nende arvates tekib paradoks alles siis, kui käsitleda kosmoseaega pidevana - minimaalsete pikkuse ja ajaühikuteta.
„Kuna teabe paradoks sõltub sündmuse horisondi olemasolust ja sündmuse horisonti, nagu kõiki objekte, ei eksisteeri alla teatud pikkuse ja ajavahemiku, siis pole gravitatsiooni vikerkaare puhul absoluutset teabeparadoksi. Efektiivse horisondi puudumine tähendab, et miski ei takista absoluutselt teabe mustast august väljumist, “lõpetas Ali.
Puudub absoluutne sündmuste horisont, puudub teabeparadoks.
Ja mis saab teie spagetilisusest musta augu sees? See sõltub jällegi sellest, millisel skaalal otsustate oma olukorda analüüsida. Gravitatsiooni vikerkaare puhul on kosmoseaeg diskreetne; seetõttu selgub matemaatikast, et nii teie (hukule määratud hukkunu) kui ka teie vaatleja näevad teie surma piiratud aja jooksul. Kuid praeguses üldrelatiivsuse sõnastuses, kus kosmoseaega kirjeldatakse pidevana, tekib paradoks. Sisemine langeb, hästi, kukub sisse; vahepeal ei näe vaatleja kunagi sisenemist sündmuse horisondi alt.
"Selle paberi kõige olulisem õppetund on see, et ruum ja aeg eksisteerivad ainult teatud ulatusest väljaspool," ütles Ali. “Selle skaala all pole ruumi ja aega. Seetõttu on mõttetu määratleda osakesi, ainet või mis tahes objekti, sealhulgas mustad augud, mis eksisteerivad ruumis ja ajas selle skaala allapoole. Seega, kuni hoiame end piiratud skaaladega, kus eksisteerib nii ruum kui ka aeg, saame mõistlikke füüsilisi vastuseid. Kui proovime esitada küsimusi pikkuse ja ajavahemike järel, mis jäävad ruumi ja aja olemasolust madalamale, jõuame paradokside ja probleemideni. ”
Kokkuvõtteks: kui kosmoseaeg jätkub meelevaldselt väikestes skaalades, jäävad paradoksid alles. Kui aga gravitatsiooni vikerkaar on õige ja Plancki pikkus ning Plancki aeg on väikseim ruumi ja ajaühik, mis põhimõtteliselt eksisteerib, siis oleme selgelt ... vähemalt matemaatiliselt võttes selged. Kahjuks on Plancki skaalad liiga mõõdulised, et meie mõõdukalt kaasaegsed osakeste põrkajad proovida saaksid. Nii et vähemalt praegu annab see töö veel ühe puhtteoreetilise tulemuse.
Artikkel ilmus ajakirja Europhysics Letters 23. jaanuari numbris. Paberi eeltrükk on saadaval siin.
