'Persamaan Einstein perlu disempurnakan': penyesuaian relativitas umum akhirnya bisa menjelaskan apa yang ada di jantung lubang hitam
Fisikawan teoretis telah mengusulkan solusi potensial untuk salah satu masalah yang paling membingungkan dalam fisika modern: lubang hitam Singularity Paradox. Dengan memodifikasi teori umum Einstein Relativitaspusat lubang hitam dengan kelengkungan tak terbatas dapat digantikan oleh wilayah ruang-waktu yang sangat melengkung tetapi secara teratur, para peneliti menyarankan dalam sebuah studi baru.
“Singularitas adalah daerah alam semesta di mana ruang, waktu dan materi dihancurkan dan diregangkan menjadi tidak ada,” rekan penulis studi Robie Hennigarseorang peneliti postdoctoral di Durham University di Inggris, mengatakan kepada Live Science melalui email. “Ini adalah masalah yang sangat serius, seolah -olah singularitas benar -benar ada di alam semesta kita, itu akan menjadi bencana bagi sains.
“Kami tidak bisa lagi menggunakan persamaan fisika Untuk memprediksi masa depan dari masa lalu dan masa kini, “lanjutnya.” Karena alasan ini, sebagian besar ilmuwan berlatih berharap bahwa singularitas bukan fisik, tetapi memberi tahu kita bahwa relativitas umum harus digantikan oleh teori yang lebih lengkap untuk menggambarkan alam semesta di dekat singularitas. “
Terkait: Para ilmuwan mungkin baru saja menemukan 300 lubang hitam paling langka di alam semesta
Mengoreksi Einstein
Sejak diperkenalkan pada tahun 1915, relativitas umum telah sangat berhasil dalam menjelaskan fenomena astrofisika dan kosmologis, termasuk pembentukan lubang hitam, struktur bintang neutron, dan struktur skala besar dan evolusi alam semesta.
Namun, teori ini memiliki keterbatasan mendasar. Itu tidak sesuai mekanika kuantumyang mengatur perilaku partikel pada skala terkecil, dan memprediksi singularitas – titik kepadatan tak terbatas – di pusat lubang hitam dan di Big Bang.
Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti menggunakan konsep yang dikenal sebagai gravitasi kuantum, yang umumnya diterapkan dalam upaya untuk menyatukan relativitas umum Einstein dengan mekanika kuantum, yang memprediksi penciptaan partikel terus menerus dan pemusnahan dalam ruang kosong, bersama dengan fluktuasi abadi di semua bidang, termasuk gravitasi. Studi mereka, diterbitkan pada bulan Februari di jurnal Surat Fisika bmenunjukkan bahwa pada energi yang sangat tinggi atau jarak yang sangat kecil, relativitas umum harus dimodifikasi oleh serangkaian istilah tambahan yang tak terbatas dalam persamaannya.
“Di dalam gravitasi kuantumseseorang mempertimbangkan semua koreksi pada persamaan yang menghubungkan energi dan momentum suatu sistem dengan kelengkungan ruangwaktu yang konsisten dengan prinsip -prinsip fisik yang diketahui, “kata Hennigar.” Pendekatan yang berbeda untuk gravitasi kuantum akan menempatkan kepentingan yang berbeda pada istilah yang berbeda dalam persamaan, tetapi mereka semua menyarankan bahwa persamaan Einstein perlu disempurnakan. “
Dengan memasukkan modifikasi ini ke dalam perhitungan mereka, para peneliti memeriksa bagaimana lubang hitam akan berperilaku di bawah kerangka kerja yang direvisi ini. Hasil mereka menunjukkan bahwa ketika sejumlah besar istilah baru dimasukkan, singularitas menghilang. Alih-alih titik padat yang tak terbatas, inti lubang hitam menjadi wilayah ruang-waktu yang sangat melengkung tetapi teratur.
Menguji teorinya
Meskipun model baru menyelesaikan masalah singularitas secara matematis, teori ilmiah pada akhirnya harus diuji melalui pengamatan. Para peneliti mengakui bahwa secara langsung mengkonfirmasi ide mereka menghadirkan tantangan yang signifikan.
“Tidak adanya singularitas itu sendiri sulit untuk diuji secara eksperimental, karena akan terjadi di dalam lubang hitam, atau di awal alam semesta,” Pablo Canoseorang peneliti postdoctoral di University of Barcelona dan rekan penulis penelitian lainnya, mengatakan kepada Live Science dalam email. “Namun, kita dapat mencari tanda tangan dari teori -teori yang mengarah pada resolusi singularitas.
“Modifikasi relativitas umum yang kami anggap menjadi lebih besar di medan gravitasi yang lebih kuat, tetapi sangat kecil sebaliknya,” tambah Cano. “Ini berarti bahwa, misalnya, gelombang gravitasi yang berasal dari tabrakan lubang hitam – di mana medan gravitasi jauh lebih kuat daripada di tata surya – Berikan cara mencari efek ini. “
Jalan lain yang menjanjikan adalah studi tentang alam semesta awal. Jika efek dari teori gravitasi yang dimodifikasi ini memengaruhi inflasi kosmik – ekspansi cepat yang mengikuti Big Bang – bukti dari perubahan ini mungkin dicetak dalam gelombang gravitasi primordial. Eksperimen di masa depan yang menargetkan sinyal -sinyal ini dapat membantu menguji validitas teori.
Langkah selanjutnya
Selain itu, pekerjaan teoritis lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah lubang hitam bebas singularitas dapat terbentuk secara alami melalui keruntuhan gravitasi dan apakah pendekatan tim dapat mengatasi jenis singularitas lain, seperti yang terkait dengan Big Bang.
“Kami baru -baru ini menunjukkan bahwa runtuhnya jenis materi tertentu menimbulkan, dalam kerangka ini, untuk pembentukan lubang hitam biasa ini,” kata Pablo Buenoseorang peneliti di University of Barcelona dan rekan penulis penelitian. “Kami ingin menguji ini dengan asumsi yang lebih umum. Ini dapat menimbulkan fitur yang menarik di bidang lain, seperti model eksplisit dari memantul kosmologi di mana skenario Big Bang yang biasa digantikan oleh serangkaian fase yang tidak pernah berakhir dan kontrak. “
Kuis Black Hole: Seberapa supermasif pengetahuan Anda tentang alam semesta?
