Mini-fraktalny wszechświat może leżeć wewnątrz naładowanych czarnych dziur (jeśli istnieją)

Czarne dziury są prawdopodobnie najdziwniejszymi i najmniej poznanymi obiektami w naszym wszechświecie. Mając tak duży potencjał – będąc powiązane ze wszystkim, od tuneli czasoprzestrzennych po nowe dziecięce wszechświaty – przyciągają fizyków od dziesięcioleci.

Ale chociaż te znane obiekty są dziwne, można wyobrazić sobie jeszcze dziwniejsze typy czarnych dziur. W jednej odwróconej do góry nogami, hipotetycznej wersji wszechświata może istnieć dziwny typ czarnej dziury, który jest dziwniejszy niż szkic M.C. Eschera. Teraz zespół naukowców zanurzył się w matematycznym sercu tak zwanych naładowanych czarnych dziur i odkrył mnóstwo niespodzianek, w tym piekło czasoprzestrzeni i egzotyczny krajobraz fraktalny… i potencjalnie jeszcze więcej.

Witamy w holograficznym nadprzewodniku

Istnieją różne potencjalne, hipotetyczne czarne dziury: te z ładunkiem elektrycznym lub bez, wirujące lub nieruchome, otoczone materią lub unoszące się w pustej przestrzeni. Wiadomo, że niektóre z tych hipotetycznych czarnych dziur istnieją w naszym wszechświecie; na przykład obracająca się czarna dziura otoczona opadającą materią jest dość powszechna. Zrobiliśmy nawet zdjęcie jednej.

Ale niektóre inne rodzaje czarnych dziur są czysto teoretyczne. Mimo to fizycy nadal są zainteresowani ich badaniem – zagłębiając się w ich podstawy matematyczne, możemy uświadomić sobie nowe związki i implikacje naszych teorii fizycznych, które mogą mieć konsekwencje w świecie rzeczywistym.

Jedną z takich teoretycznych czarnej dziury jest naładowana elektrycznie czarna dziura otoczona pewnym rodzajem przestrzeni znanej jako anty-de Sitter [przestrzeń anty de Sittera]. Bez wchodzenia w szczegóły, tego rodzaju przestrzeń ma stałą ujemną krzywiznę geometryczną. Kosmos z przestrzenią anty-de Sittera, miałby ujemną stałą kosmologiczną, co oznacza, że każda materia miałaby tendencję do kondensowania się w czarną dziurę, w przeciwieństwie do znanej przyspieszającej ekspansji, która rozdziela [rozrzuca] wszechświat na części.

Ta przestrzeń nie istnieje w naszym wszechświecie, okazuje się, że te egzotyczne czarne dziury wciąż mają zaskakująco skomplikowane struktury, które warto zbadać.

Jednym z powodów, dla których warto to zbadać, jest to, że naładowane czarne dziury mają wiele podobieństw z obracającymi się czarnymi dziurami, które z pewnością istnieją w naszym wszechświecie, ale naładowane czarne dziury są matematycznie łatwiejsze do zbadania. Zatem badając naładowane czarne dziury, możemy uzyskać wgląd w wirujące czarne dziury w świecie rzeczywistym.

Fizycy odkryli również, że kiedy te czarne dziury stają się względnie chłodne, tworzy się wokół ich powierzchni „mgiełka” z pól kwantowych. Ta mgiełka przykleja się do powierzchni, ciągnięta do wewnątrz przez  grawitację samej czarnej dziury, ale wypychana na zewnątrz przez oddziaływanie elektrostatyczne tej samej czarnej dziury. Zamglenie pól kwantowych działających na powierzchni jest również znane jako nadprzewodnik. Nadprzewodniki mają zastosowania w świecie rzeczywistym (mianowicie mogą przenosić prąd elektryczny bez oporu), więc obserwacja, jak nadprzewodniki odgrywają rolę w tych egzotycznych scenariuszach, pomaga nam zrozumieć ich struktury matematyczne, co może potencjalnie prowadzić do nowych spostrzeżeń dotyczących rzeczywistych zastosowań.

W badaniu opublikowanym 28 sierpnia w arXiv, zespół naukowców użył ostatnio “|języka nadprzewodnictwa”, aby odkryć, co znajduje się dalej pod powierzchnią tych hipotetycznych czarnych dziur.

Prawie tunel czasoprzestrzenny

„Normalne” naładowane czarne dziury – te otoczone typową mało znaczącą odmianą czasoprzestrzeni, którą można znaleźć w naszym wszechświecie – mają kilka dziwactw w swoim wnętrzu. Po pierwsze, poza horyzontem zdarzeń (granicą każdej czarnej dziury, z której po wpadnięciu nie można się wydostać) znajduje się coś, co nazywa się horyzontem wewnętrznym, obszarem intensywnych energii kwantowych. Dalej znajduje się tunel czasoprzestrzenny, most do białej dziury w jakiejś innej samotnej części wszechświata (przynajmniej według matematyki).

Powinienem tutaj zauważyć, że tak naprawdę nie wiemy, czy takie tunele czasoprzestrzenne istnieją w prawdziwym życiu, ponieważ matematyka naładowanych czarnych dziur “rozpada” się na wewnętrznym horyzoncie i niczego więcej nie można się nauczyć, dopóki nie opracujemy nowej fizyki. Na szczęście naładowane czarne dziury otoczone przestrzenią anty-de Sittera, którą na razie nazwiemy czarnymi dziurami nadprzewodnikowymi, unikają tego problemu.

Dobrą wiadomością jest to, że wewnętrzny horyzont czarnej dziury nadprzewodnikowej pęka, umożliwiając płynne przepłynięcie obok niej bez spaghettifikacja [efekt makaronu], jak w przypadku zwykłej, stacjonarnej czarnej dziury. Zła wiadomość jest taka, że most czasoprzestrzenny wewnątrz czarnej dziury nadprzewodnika również się rozrywa, więc nie możesz przenieść się do odległych gwiazd.

Ale to nie znaczy, że nie dzieje się nic ciekawego. Wewnątrz tego, co byłoby wewnętrznym horyzontem, wnętrze czarnej dziury nadprzewodnikowej robi się trochę pieniące/spienione.

Zwykle cząstki w rzeczywistych nadprzewodnikach mogą oscylować, podtrzymując fale rozchodzące się w przód i w tył w efekcie znanym jako Oscylacje Josephsona. A głęboko w tych czarnych dziurach sama przestrzeń wibruje tam i z powrotem. Gdybyś miał fizycznie wpaść w jedną z tych bestii, byłbyś na wyboistej przejażdżce.

Dziwny wszechświat

Ale kiedy przekroczysz wibrującą czasoprzestrzeń, to, co nastąpi później, jest naprawdę tajemnicze. Naukowcy odkryli, że najbardziej wewnętrzne obszary czarnej dziury nadprzewodnikowej mogą zawierać rozszerzający się wszechświat w groteskowej miniaturze, miejsce, w którym przestrzeń może rozciągać się i deformować z różną szybkością w różnych kierunkach.

Co więcej, w zależności od temperatury czarnej dziury, niektóre z tych obszarów przestrzeni mogą wyzwalać nową rundę wibracji, które następnie tworzą nową plamę rozszerzającej się przestrzeni, która wyzwala nową rundę wibracji, która następnie tworzy nową plamę rozszerzającej się przestrzeni i tak dalej, i tak dalej, w coraz mniejszych skalach.

Byłby to mini-fraktalny wszechświat, powtarzający się w nieskończoność od dużych do małych. Nie da się opisać, jak by to było przemierzać taki krajobraz, ale z pewnością byłoby to dziwne.

W centrum tego dziwnego fraktalnego chaotycznego bałaganu znajduje się osobliwość: punkt o nieskończonej gęstości, miejsce, w którym znajduje się każdy kawałek materii, który kiedykolwiek wpadł do czarnej dziury.

Niestety, nawet z ich super-naładowanymi nadprzewodzącymi technikami matematycznymi naukowcy nie mogą opisać, co dzieje się w osobliwości. Cała znana fizyka się załamuje, wymagając do pełnego opisu nowych teorii grawitacji.

Kto wie, co znajdziemy w środku czarnej dziury nadprzewodnika.

Źródło: Paul Sutter

Diving into a holographic superconductor

Zdjęcia: Shutterstock

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x