Gdy gwiazdy się zapadają, mogą tworzyć czarne dziury, które są wszędzie, w całym Wszechświecie. Dlatego warto je badać. Czarne dziury to tajemnicze obiekty – ich zewnętrzna krawędź, zwana horyzontem zdarzeń, więzi wszystko, łącznie ze światłem. Ogólna teoria względności (OTW) Einsteina przewiduje, że gdy obiekt wpadnie pod horyzont zdarzeń, kończy w środku czarnej dziury, zwanym osobliwością, gdzie jest całkowicie miażdżony.
W punkcie osobliwości przyciąganie grawitacyjne jest nieskończone i wszystkie znane prawa fizyki się załamują, łącznie z teorią Einsteina. Fizycy teoretyczni zastanawiali się, czy osobliwość rzeczywiście istnieje, starając się ją opisać za pomocą skomplikowanych równań matematycznych – jak dotąd jednak z niewielkim powodzeniem. Profesor Parampreet Singh z Uniwersytetu Luizjany oraz jego współpracownicy opracowali nowe równania, które wykraczają poza OTW, pokonując jej kluczowe ograniczenia – centralną osobliwość czarnej dziury.
Fizycy teoretyczni opracowali w latach dziewięćdziesiątych teorię zwaną pętlową grawitacją kwantową, która łączy grawitację z mechaniką kwantową, co wyjaśnia dynamikę przestrzeni i czasu. Nowe równania opisują czarne dziury w pętli grawitacji kwantowej i pokazują, że osobliwość czarnej dziury nie istnieje.
Teoria Einsteina zawodzi nie tylko w centrum czarnych dziur, ale także w wyjaśnieniu, w jaki sposób Wszechświat powstał z osobliwości w Wielkim Wybuchu. Dlatego dekadę temu Ashtekar, Singh i ich współpracownicy zaczęli rozszerzać fizykę poza Wielki Wybuch i tworzyć nowe prognozy za pomocą pętlowej grawitacji kwantowej. Posługując się równaniami matematycznymi i technikami obliczeniowymi pętlowej grawitacji kwantowej, pokazali, że Wielki Wybuch został zastąpiony przez „Wielkie Bęc” (ang. Big Bounce). Ale problem przezwyciężenia osobliwości czarnych dziur jest wyjątkowo złożony.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej:
Physicists develop new theory to answer fundamental questions about black holes
Źródło:
Louisiana State University
Na zdjęciu: Wizja artystyczna przedstawiająca pętlową grawitację kwantową w czarnej dziurze. Dolna część obrazu przedstawia czarną dziurę, która, zgodnie z OTW, przechwytuje wszystko, łącznie ze światłem. Pętlowa grawitacja kwantowa, teoria, która rozszerza OTW za pomocą mechaniki kwantowej, pokonuje to olbrzymie przyciąganie i uwalnia wszystko widoczne w górnej połowie obrazu, rozwiązując w ten sposób podstawowy problem osobliwości czarnej dziury. Źródło: A. Corichi i J. P. Ruiz
