Sebuah tim ilmuwan telah mengembangkan resep untuk lubang hitam yang menghilangkan salah satu aspek fisika yang paling meresahkan: singularitas sentral, titik di mana semua teori, hukum, dan model kita hancur.
Jika Anda akan merancang objek untuk melestarikan misteri sambil benar -benar meresahkan, Anda tidak bisa melakukan jauh lebih baik dari a lubang hitam.
Pertama, batas luar dari titans kosmik ini adalah permukaan perangkap cahaya satu arah yang disebut Event Horizontitik di mana gravitasi lubang hitam begitu kuat sehingga bahkan cahaya tidak bisa keluar. Ini berarti tidak ada informasi yang dapat melarikan diri dari dalam lubang hitam, sehingga kita tidak pernah dapat secara langsung mengamati atau mengukur apa yang ada di jantungnya.
Menggunakan matematika teori gravitasi Einstein 1915, disebut Relativitas Umumpara ilmuwan dapat memodelkan interior lubang hitam. Masalahnya adalah, ketika mereka melakukan ini, relativitas umum memberi tahu kita bahwa semua nilai matematika menjadi tak terbatas di “singularitas” di jantung lubang hitam.
Penelitian baru ini menunjukkan bahwa “lubang hitam biasa” tanpa singularitas sentral – fisika yang setara dengan memiliki kue Anda dan memakannya – mungkin lebih dari sekadar mimpi demam fisikawan yang penuh harapan.
“Singularitas adalah bagian yang paling misterius dan bermasalah dari lubang hitam. Di sinilah konsep kita ruang dan waktu Secara harfiah tidak lagi masuk akal, “anggota tim belajar Robie Hennigar, seorang peneliti di Durham University di Inggris, mengatakan kepada Space.com.” Jika lubang hitam tidak memiliki singularitas, maka mereka jauh lebih biasa. “
Singularity Mind: Fisika menginginkan satu hal
Teori Relativitas Umum Einstein menyatakan bahwa objek dengan kurva massa sangat jauh dari ruang-waktu (tiga dimensi ruang bersatu dengan satu dimensi waktu), dan gravitasi muncul dari kelengkungan ini. Semakin besar massa, semakin ekstrem kelengkungan ruang-waktu, dan semakin kuat pengaruh gravitasi. Semua ini dihitung dengan persamaan yang mendukung relativitas umum: Persamaan Lapangan Einstein.
“Cara kurva ruang-waktu ditentukan oleh persamaan lapangan Einstein, yang merupakan landasan relativitas umum,” anggota tim Pablo Antonio Cano Molina-Niñirola, dari Institute of Cosmos Sciences of University of Barcelona (ICCUB) di Spanyol, mengatakan kepada Space.com.
“Persamaan ini sangat sukses, karena mereka memprediksi sejumlah besar fenomena yang dapat diamati dalam kosmos, dari Gerakan planet ke evolusi alam semesta dan keberadaan lubang hitam, “tambahnya.” Tetapi mereka juga memprediksi keberadaan singularitas, dan ini bermasalah. “
Lubang Hitam-Daerah ruang-waktu dengan kelengkungan ekstrem-pertama-tama muncul sebagai konsep dari solusi ke persamaan lapangan Einstein yang disarankan oleh fisikawan dan astronom Jerman Karl Schwartzchild saat ia bertugas di garis depan selama Perang Dunia Pertama pada tahun 1915. Solusi ini menjadi tak terbatas di pusat wilayah itu. Fisikawan tidak suka infinities, karena mereka menunjukkan kerusakan atau ketidaklengkapan model mereka, atau menyarankan sesuatu yang sepenuhnya tidak fisik. Itu berarti sesuatu yang sangat meresahkan dan tidak diinginkan bagi fisikawan.
“Secara umum relativitas, bagian dalam lubang hitam seperti alam semesta kontrak, di mana singularitas mewakili momen ketika ruang itu sendiri runtuh,” kata Molina-Niñirola.
Molina-Niñirola menambahkan bahwa banyak fisikawan percaya bahwa, ketika gravitasi menjadi sangat kuat dan ruang-waktu sangat bengkok, relativitas umum harus digantikan oleh teori yang lebih mendasar. Telah dianggap bahwa ini akan menjadi teori gravitasi kuantum mengarah ke “teori segalanya” yang akan menyatukan teori-teori relativitas umum yang sangat tidak kompatibel dan Fisika Quantum.
“Harapannya adalah, dalam teori lengkap ini, singularitas lubang hitam akan dihilangkan,” kata Molina-Niñirola. “Sekarang, resep kami untuk lubang hitam biasa berjalan tepat ke arah ini, tetapi alih -alih menggunakan teori lengkap gravitasi kuantum, kami menggunakan sesuatu yang disebut 'teori yang efektif.' Ini adalah teori gravitasi klasik Itu seharusnya menangkap efek dari teori yang diasumsikan tentang gravitasi kuantum. “
Ini sama dengan tim yang memodifikasi persamaan lapangan Einstein sehingga gravitasi berperilaku berbeda ketika ruang-waktu sangat melengkung. Pada akhirnya, ini mengarah pada penghapusan singularitas pusat lubang hitam.
Terkait: Albert Einstein: Biografi, Fakta dan Dampak pada Sains
Gravitasi kuantum dan masalah lainnya
Teori yang baru dimodifikasi ini menunjukkan tidak ada singularitas di jantung lubang hitam. Jadi apa yang ada di ranah eksotis dan eksotis ini?
“Dalam model kami, keruntuhan ruang-waktu berhenti, dan singularitas digantikan oleh daerah statis yang sangat bengkok yang terletak di inti lubang hitam,” kata Molina-Niñirola. “Wilayah ini statis karena tidak berkontraksi. Itu berarti seorang pengamat dapat secara hipotetis tinggal di sana, dengan asumsi mereka mampu bertahan dari kekuatan gravitasi yang besar, tetapi terbatas di wilayah ini.”
Selain ruang-waktu melengkung, apa lagi yang tinggal di jantung lubang hitam, jika teori ini benar? Menurut Hennigar, sebenarnya tidak ada.
“Lubang hitam ini adalah kekosongan murni di mana -mana; tidak perlu ada masalah, tetapi orang dapat dengan mudah memasukkannya jika diinginkan,” lanjut peneliti Universitas Durham. “Mungkin terdengar aneh memiliki lubang hitam tanpa adanya materi, tetapi hal yang sama dapat terjadi bahkan dalam relativitas umum.”
Bahkan jika konsep lubang hitam tim diverifikasi, kemungkinan tidak akan menghentikan pencarian model gravitasi kuantum yang valid dan teori segalanya.
“Dalam beberapa hal, ini adalah masalah yang tidak dapat dihindari. Bintang runtuh sepanjang waktu di alam semesta kita; Ini adalah proses fisik yang tidak dapat dihindari. Tetapi kejadian biasa ini adalah sesuatu yang mendorong kita melewati semua yang kita ketahui, “Hennigar melanjutkan.” Pada tahap akhir keruntuhan, tepat sebelum seseorang mencapai singularitas, baik efek gravitasi dan kuantum akan menjadi penting.
“Jadi kita sudah tahu bahwa kesimpulan yang akan diambil dari relativitas umum saja tidak cukup untuk menggambarkan tempat/momen yang ekstrem seperti itu.”
Apakah kehilangan singularitas berarti kehilangan misteri? Tidak cukup …
Jika benar, penelitian ini mungkin memiliki lubang hitam yang agak demistifkan, tetapi itu membuka banyak pertanyaan yang masih harus dijawab.
“Pekerjaan kami memberikan jawaban untuk beberapa misteri, tetapi itu membuka yang lain,” kata Molina-Niñirola. “Misalnya, menurut model kami – dan proposal lain dalam literatur ilmiah – masalah yang termasuk dalam lubang hitam biasa pada akhirnya akan keluar dari lubang hitam melalui a lubang putih Terletak di alam semesta yang berbeda atau di wilayah terputus dari alam semesta yang sama.
“Ini terlihat sangat eksotis, tetapi itu adalah satu -satunya kemungkinan jika singularitas tidak ada: semua yang masuk ke lubang hitam pada akhirnya harus keluar darinya.”
Peneliti menambahkan bahwa proses ini mensyaratkan masalahnya sendiri, yang juga harus diselidiki untuk menilai kekokohan ide tim.
Pertanyaan besarnya adalah apakah para ilmuwan dapat menemukan bukti untuk teori ini dari pengamatan aktual lubang hitam; Lagi pula, kita tahu kita tidak bisa hanya mengintip interior mereka.
“Sulit untuk mengatakan, karena efek yang mengarah pada resolusi singularitas mungkin hanya dapat diamati dalam rezim gravitasi yang sangat kuat, mungkin jauh lebih kuat dari apa yang bisa kita harapkan untuk diamati,” kata Molina-Niñirola. “Namun, ada beberapa eksperimen yang dapat menawarkan kita beberapa kemungkinan.”
Molina-Niñirola menjelaskan bahwa pengamatan riak dalam ruang-waktu yang disebut gelombang gravitasi memungkinkan para astronom untuk mengamati medan gravitasi yang jauh lebih kuat daripada sebelumnya. Ini memberi para ilmuwan kesempatan unik untuk mencoba menemukan efek di luar relativitas umum, termasuk yang dapat mengarah pada resolusi singularitas.
Selain itu, jika teori tim benar, harus ada jejak di alam semesta awal, selama era inflasi kosmik tepat setelah Big Bang.
“Dalam hal ini, deteksi latar belakang gelombang gravitasi primordial-yang belum terdeteksi-dapat memberikan petunjuk tentang kemungkinan modifikasi gravitasi,” kata Molina-Niñirola. “Akhirnya, konsekuensi dari tidak adanya singularitas adalah bahwa produk akhir dari penguapan lubang hitam melalui radiasi elang akan menjadi lubang hitam mikroskopis.
“Lubang hitam mikroskopis ini memberikan calon materi gelap yang mungkin. Dengan demikian, jika materi gelap ternyata terdiri dari lubang hitam kecil, ini akan menjadi bukti tidak langsung yang mendukung tidak adanya singularitas.”
Penelitian tim diterbitkan di jurnal Surat Fisika b pada bulan Februari 2025.
Awalnya diposting di Space.com.
Kuis Lubang Hitam: Seberapa besar pengetahuan Anda tentang alam semesta?
