Symulowana czarna dziura

Badacze wykazali, jak specyficznie ukształtowana czarna dziura może być przyczyną załamania ogólnej teorii względności Einsteina - fundamentu współczesnej fizyki. Jednakże taki obiekt może istnieć tylko we wszechświecie z pięcioma lub więcej wymiarami.

Naukowcy z University of Cambridge i Queen Mary University of London, z powodzeniem symulowali czarną dziurę w kształcie bardzo cienkiego pierścienia, który daje początek do serii "wybrzuszeń" połączonych strunami które stają się coraz cieńsze z upływem czasu. Te struny w końcu stają się tak cienkie (rysunek "c" - czerwony), że odrywają się, tworząc szereg miniaturowych czarnych dziur, podobnie jak cienki strumień wody z kranu, rozpada się na krople.

Pierścieniowe czarne dziury zostały odkryte przez fizyków teoretycznych w 2002 roku, ale jest to pierwszy raz, kiedy ich dynamika została skutecznie symulowana za pomocą superkomputerów. Gdyby ten typ postaci czarnej dziury prowadził do pojawienia się "nagiej osobliwości", unieważniłby równania ogólnej teorii względności.

Ogólna teoria względności stanowi podstawę naszej obecnej wiedzy o grawitacji: począwszy od oszacowania wieku gwiazd we wszechświecie, do sygnałów GPS, wiedza dająca podstawy do nawigacji jest oparta na równaniach Einsteina. Teoria ta mówi nam, że materia zakrzywia czasoprzestrzeń i jej otoczenie, a to, co my nazywamy grawitacją, jest efektem tej osnowy. W ciągu 100 lat, od momentu jej publikacji, ogólna teoria względności przeszła wszystkie testy, które zostały jej narzucone – jednakże jej ograniczeniem jest istnienie „osobliwości”.

Osobliwość jest to punkt, w którym grawitacja jest tak intensywna, że przestrzeń, czas i prawa fizyki załamują się. Ogólna teoria względności przewiduje, że osobliwości występują w centrum czarnych dziur, i że są one otoczone przez horyzont zdarzeń - "punkt bez powrotu", gdzie grawitacja staje się tak silna, że ​​ucieczka jest niemożliwa, co oznacza, że ​​nie mogą być obserwowane z zewnątrz.

                                       Źródło: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.071102

"Dopóki osobliwości pozostają ukryte za horyzontem zdarzeń, nie sprawiają kłopotów i ogólna teoria względności jest aktualna.

Ale co, jeśli osobliwości istnieją poza horyzontem zdarzeń?

Gdyby tak było, nie tylko byłyby widoczne z zewnątrz, ale reprezentowałyby obiekty, które posiadają nieskończoną gęstość – byłyby to tak zwane ”nagie osobliwości”.  

Jeśli istnieją nagie osobliwości, to ogólna teoria względności załamuje się - nie ma już żadnej mocy predykcyjnej i nie może być traktowana jako samodzielna teoria, wyjaśniająca wszechświat.

Myślimy o wszechświecie jako istniejącym w trzech wymiarach, ewentualnie w czwartym wymiarze czasu, które łącznie są określane jako czasoprzestrzeń. Ale w działach fizyki teoretycznej, takich jak teoria strun, wszechświat może się składać z aż 11 wymiarów. Dodatkowe wymiary mogą być duże i wyraziste, lub mogą być zwinięte, małe i trudne do wykrycia. Ponieważ ludzie mogą tylko bezpośrednio postrzegać trzy wymiary, istnienie dodatkowych wymiarów można wywnioskować jedynie poprzez eksperymenty na bardzo wysokich energiach.

Korzystając z superkomputera COSMOS, naukowcy byli w stanie przeprowadzić pełną symulację kompletnej teorii Einsteina w wyższych wymiarach, co pozwala im nie tylko potwierdzić, że owe "czarne pierścienie” są niestabilne, ale także wykryć ich ewentualny los. Przeważnie czarny pierścień zapada się z powrotem w kulę, tak że osobliwość zatrzymuje zawarty wewnątrz horyzont zdarzeń. Tylko bardzo cienki czarny pierścień staje się na tyle niestabilny, że ​​tworzy wybrzuszenie połączone coraz cieńszymi strunami, aż w końcu zerwanie i utworzenie nagiej osobliwości

                      Źródło: http://www.cam.ac.uk/research/news/five-dimensional-black-hole-could-break-general-relativity