Megdőlhet Einstein jóslata a fekete lyukakról, mert egy új elmélet szerint ezek valójában fagyott csillagok

Egy új tanulmány szerint a fekete lyukak nem biztos, hogy olyan jellegtelen, szerkezet nélküli objektumok, mint amilyennek Einstein általáno...

Fizikusok úgy vélik, hogy megoldották Stephen Hawking fekete lyuk információs paradoxonát

Ez lehet az első bizonyítéka annak, hogy egy multiverzumban élünk

Egy korábbi univerzum létezett az ősrobbanás előtt, és ma is megfigyelhető, mondja a Nobel-díjat elnyert fizikus

Egy új tanulmány szerint a fekete lyukak nem biztos, hogy olyan jellegtelen, szerkezet nélküli objektumok, mint amilyennek Einstein általános relativitáselmélete jósolja őket. Ehelyett ezek a kozmikus óriások valójában "fagyott csillagok," egyfajta különös kvantumobjektumok lehetnek.

Ez a forradalmi elképzelés potenciálisan megoldhatja az elméleti fizika legjelentősebb paradoxonjait, köztük a híres Hawking-sugárzás paradoxonját.

Noha a fagyott csillagok osztoznak néhány jellemzőben a fekete lyukakkal, döntő módokon különböznek tőlük. Ezek a különbségek segíthetnek megoldani a Hawking-sugárzás paradoxonját, amelyet az elméleti fizikus, Stephen Hawking javasolt először.

A paradoxon azért merül fel, mert a fekete lyuk eseményhorizontja által kibocsátott sugárzás látszólag nem hordoz információt a fekete lyukat létrehozó anyagról, ami ellentmond a kvantummechanika egyik alapvető elvének, miszerint az információ nem semmisíthető meg.

Továbbá, a hagyományos fekete lyukakkal ellentétben a fagyott csillagok középpontjukban nem tartalmaznak szingularitást, vagyis végtelen sűrűségű pontot. Ez azért fontos, mert a szingularitások komoly ellentmondást jelentenek a fekete lyukak klasszikus megértése és a fizika általános szabálya között, amely szerint végtelenségek nem létezhetnek a természetben. Amikor végtelenségek jelennek meg egy elméletben, az általában jelzi az elmélet korlátait.

"A fagyott csillagok a fekete lyukak utánozói: olyan ultrakompakt asztrofizikai objektumok, amelyek mentesek a szingularitásoktól, nem rendelkeznek horizonttal, mégis képesek a fekete lyukak összes megfigyelhető tulajdonságát utánozni," - magyarázta Ramy Brustein, a Ben-Gurion Egyetem fizikaprofesszora Izraelből. "Ha valóban léteznek, akkor alapvető és jelentős módon módosítani kell Einstein általános relativitáselméletét."

Brustein a fagyott csillag elméletét leíró tanulmány vezető szerzője, amely a Physical Review D folyóiratban jelent meg. (1)

A paradoxon megoldása

A fekete lyukak klasszikus modellje, amelyet először Karl Schwarzschild írt le 1916-ban, két fő jellemzőt tulajdonít a fekete lyukaknak: egy szingularitást, ahol az összes tömeg összpontosul, és egy eseményhorizontot, amely egy határ, amelyből semmi, még a fény sem tud megszökni.

Ez a modell azonban komoly problémákba ütközik, amikor a kvantummechanika is szerepet kap. Az 1970-es években Stephen Hawking felfedezte, hogy a kvantumhatások az eseményhorizont közelében részecskéket hoznak létre az űr vákuumából, ezt a folyamatot Hawking-sugárzásnak nevezik. Ez a sugárzás fokozatosan elveszíti a fekete lyuk tömegét, és végül teljesen elpárologtatja azt.

A paradoxon azért merül fel, mert ez a sugárzás látszólag nem hordoz információt az eredetileg a fekete lyukat létrehozó anyagról. Ha a fekete lyuk teljesen elpárolog, úgy tűnik, az információ örökre elveszik, ami ellentmond a kvantummechanika azon elvének, hogy az információnak meg kell maradnia. Ezt az ellentmondást nevezzük információvesztési paradoxonnak, amely az elméleti fizika egyik legnagyobb kihívása.

Brustein és társai, A.J.M. Medved a Rhodes Egyetemről és Tamar Simhon a Ben-Gurion Egyetemről részletes elméleti elemzést végeztek a fagyott csillag modellről. Megállapították, hogy ez a modell megoldja a hagyományos fekete lyukak paradoxonjait, mivel a fagyott csillagoknak nincs sem horizontjuk, sem szingularitásuk.

A szerzők szerint, ha a fekete lyukak rendkívül kompakt objektumok, amelyeket ultrarugalmas anyag alkot, amely tulajdonságait a húrelmélet inspirálja (ami a kvantumgravitáció vezető elméleti jelöltje), akkor nem omlanak össze végtelenül sűrű pontokká, és méretük kissé nagyobb a hagyományos eseményhorizontnál, ami megakadályozza a szingularitás kialakulását.

"Bemutattuk, hogy a fagyott csillagok majdnem tökéletes elnyelőként viselkednek, bár nem rendelkeznek horizonttal, és gravitációs hullámforrásként működnek," - mondta Brustein. Megjegyezte, hogy ezek az objektumok majdnem mindent elnyelnek, ami rájuk esik, hasonlóan a fekete lyukakhoz.

"Ezenkívül ugyanazt a külső geometriát adják, mint a hagyományos fekete lyuk modellek, és reprodukálják azok termodinamikai tulajdonságait."

A fagyott csillag hipotézis tesztelése

Bár a fagyott csillag modell lehetséges megoldást kínál a hagyományos fekete lyukakkal kapcsolatos paradoxonokra, a tudósoknak még kísérletileg tesztelniük kell ezt az elméletet. A fekete lyukaktól eltérően a fagyott csillagok belső struktúrával rendelkeznek, amelyet a kvantumgravitáció különös tulajdonságai határoznak meg, így lehetővé válik azok megfigyeléses megkülönböztetése.

A fagyott csillagok bizonyítékai gravitációs hullámokban - az idő és tér szövetében keletkező fodrozódásokban - rejtőzhetnek, amelyek a fekete lyukak összeolvadása során keletkeznek. "Itt válnának a különbségek a legnyilvánvalóbbá," - magyarázta Brustein.

A kutatócsoportnak még ki kell dolgoznia, hogy pontosan hogyan nézne ki a fagyott csillag belső szerkezete, és hogyan különbözne más extrém kozmikus objektumoktól, például a neutroncsillagoktól, de Brustein szerint ez megvalósítható. Innentől kezdve elemezhetnék a jelenlegi és jövőbeli gravitációs hullám obszervatóriumok adatait, mivel az összeolvadások során kibocsátott gravitációs hullámok rendkívül erősek és információt hordozhatnak ezeknek az ultrakompakt objektumoknak a szerkezetéről.

"A fagyott csillag modell bármely előrejelzésének felfedezése forradalmi hatással lesz," - mondta Brustein. A következmények alapjaiban változtathatják meg a világegyetemről alkotott képünket, és potenciálisan jelentős változtatásokat eredményezhetnek Einstein általános relativitáselméletében. (2)

(1) - https://journals.aps.org/prd/abstract/
(2) - https://www.livescience.com/physics