Jak zniszczyć czarną dziurę?

Pomysł ciała tak masywnego, że jego prędkość ucieczki przekracza prędkość światła, pochodzi od angielskiego geologa Johna Michella, który jako pierwszy rozważył to w 1783 roku. W jego scenariuszu wiązka światła oddalałaby się od masywnego ciała, aż osiągnęła pewnej wysokości, a następnie wrócił na powierzchnię.

Współczesne myślenie o czarnych dziurach jest nieco inne, nie tylko dlatego, że szczególna teoria względności mówi nam, że prędkość światła jest uniwersalną stałą. Krytycznym pojęciem, na którym skupiają się dziś fizycy, jest horyzont zdarzeń: teoretyczna granica w przestrzeni, przez którą światło i inne obiekty mogą przechodzić w jednym kierunku, ale nie w drugim. Ponieważ światło nie może uciec, horyzont zdarzeń sprawia, że ​​czarna dziura jest czarna.

Horyzont zdarzeń jest pewnym rozczarowaniem dla wielu astrofizyków, ponieważ interesująca fizyka, to, co wykracza poza znane prawa wszechświata, wszystko dzieje się w jego wnętrzu i dlatego jest przed nami ukryta.

Fizycy chcieliby zatem pozbyć się horyzontu zdarzeń i poddać właściwej analizie wewnętrzne mechanizmy. Zrobienie tego zniszczyłoby czarną dziurę, ale ujawniłoby coś znacznie bardziej dziwacznego i egzotycznego.

Dzisiaj Ted Jacobson z University of Maryland oraz Thomas Sotiriou i University of Cambridge wyjaśniają, w jaki sposób można to zrobić, w zabawnej i niezwykle przystępnej relacji z wyzwania.

W ogólnej teorii względności warunek matematyczny istnienia czarnej dziury z horyzontem zdarzeń jest prosty. Daje to następująca nierówność: M^2 > (J/M)^2 + Q^2, gdzie M to masa czarnej dziury, J to jej moment pędu, a Q to jej ładunek.

Pozbycie się horyzontu zdarzeń jest po prostu kwestią zwiększenia momentu pędu i/lub ładunku tego obiektu, aż do odwrócenia nierówności. Kiedy tak się dzieje, horyzont zdarzeń znika i wyłania się egzotyczny obiekt pod spodem.

Na pierwszy rzut oka wydaje się to proste. Nierówność sugeruje, że aby zniszczyć czarną dziurę, wystarczy nadać jej moment pędu i naładować.

Ale to kryje wiele problemów. Po pierwsze, rzeczy z momentem pędu i ładunkiem również mają masę. W każdym razie powyższe równanie opisuje stan ustalony. Zasilenie czarnej dziury tworzy stan dynamiczny i nie ma gwarancji, że obiekt powróci do stanu ustalonego bez utraty momentu pędu i ładunku, który został nakarmiony.

W rzeczywistości obliczenia są tak diabelskie, że oparły się wszelkim próbom ich okiełznania. Obecnie nikt nie wie, co by to zrobił, mówią Jacobson i Sotiriou.

Co ujawniłaby czarna dziura bez horyzontu zdarzeń? W tym miejscu fizyka staje się filozoficzna. Matematyka wskazuje tutaj, że czasoprzestrzeń staje się nieskończenie zakrzywiona, tworząc coś, co astrofizycy nazywają osobliwością.

Dla każdego zwykłego fizyka osobliwość jest wskazówką, że teoria się załamała i potrzebna jest jakaś nowa teoria, aby opisać to, co się dzieje. Jest rzeczą zasadniczą, że osobliwości są obiektami matematycznymi, a nie fizycznymi, i że każda „dziura”, jaką sugerują, istnieje nie w tkance Wszechświata, ale w naszym jego rozumieniu.

Astrofizycy są inni. Mają tak niezwykłą wiarę w swoje teorie, że wierzą, że osobliwości rzeczywiście istnieją w czarnych dziurach. Tacy jak Roger Penrose i Stephen Hawking udowodnili nawet, że osobliwości są nieuniknione w zawaleniu grawitacyjnym.

Dla nich usunięcie horyzontu zdarzeń wokół czarnej dziury stwarza ekscytującą perspektywę ujawnienia osobliwości w całej jej nagiej chwale. Kiedy tak się stanie, będziemy mogli patrzeć w nieskończoność.

To wydaje się dziwne.

Zniszczenie w ten sposób czarnej dziury z pewnością ujawni nową fizykę. Ale cokolwiek to może być, z pewnością pozostanie dobrze ukryte, dopóki nie będziemy mieli teorii, która lepiej opisuje, co dzieje się w takich skrajnościach. Albo dopóki nie zauważymy jednego z tych obiektów gdzieś na nocnym niebie.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1006.1764 : Niszczenie czarnych dziur za pomocą ciał testowych

ukryć