През 1965 г. британският математик Роджър Пенроуз предлага хипотезата за космическата цензура. Това е концепция, която предполага, че сингулярностите – региони, където гравитацията е толкова силна, че тъканта на пространство-времето се разкъсва, никога не могат да бъдат разгледани, тъй като остават скрити зад хоризонта на събитията на черните дупки.
Пенроуз спечели Нобелова награда за 2020 г. за работата си, която описва, че сингулярностите са уникалните точки в пространство-времето, където класическите закони на физиката, като общата теория на относителността, не работят.
„Освен това Пенроуз предполага, че всички подобни сингулярности трябва да се намират зад хоризонта на събитията, ... това трябва да дойде като утешително осъзнаване, като се има предвид, че иначе би означавало, че ще станем свидетели на срив на физиката, казва Андрю Свеско, научен сътрудник в Кингс Колидж, Лондон.
Въпреки че хипотезата за космическата цензура и нейната математическа основа, „неравенството на Пенроуз“, не са математически доказани в класическата физика, сега екип учени са предоставили убедителни математически доказателства за идеята за квантова космическа цензура.
В ново изследване учените разкриват нов модел, който осигурява солидна математическа основа за скритата природа на сингулярностите в квантовите черни дупки. Авторите на изследването предполагат, че техните открития могат да разрешат много мистерии, свързани с квантовата гравитация.
Разкриване на квантовата космическа цензура
За разлика от класическите черни дупки, квантовите черни дупки са малки субатомни структури, които се управляват от правилата както на квантовата механика, така и на общата теория на относителността. Докато класическите черни дупки се образуват от колапса на масивни звезди, квантовите черни дупки могат да бъдат създадени в ускорител на частици като Големия адронен колайдер.
Но учените са открили убедителни доказателства, показващи наличието на класически черни дупки в Космоса, докато квантовите черни дупки остават теоретична концепция.
Като се има предвид тяхната теоретична природа, авторите на изследването разработили модел, който проверява дали сингулярностите на квантовите черни дупки остават екранирани, когато квантовата материя взаимодейства с тях. Този модел използва гравитационна холография – подход, който помага на учените да разберат ефекта на гравитацията при екстремни условия, като тези в черна дупка.
Използвайки холографския метод, информацията за черна дупка може да бъде кодирана на нейната граница (хоризонта на събитията), подобно на това как холограмата съдържа 3D информация в 2D изображение.
Резултатите от модела предполагат, че когато квантовата материя се въведе в пространствено-времевите геометрии, поради квантовия ефект се образува хоризонт на събитията около голата сингулярност – напълно скривайки я от погледа.
Тъй като този ефект се наблюдава в квантов мащаб, той се нарича квантова космическа цензура.
„Този процес – квантови ефекти, модифициращи първоначалната класическа геометрия, за да облекат сингулярност – интуитивно улавя духа на космическата цензура, но това е единствено квантов ефект. И затова се нарича „квантова космическа цензура“, казва Свеско, който е един от авторите на новото изследване.
Въпреки че учените все още не са предоставили математически доказателства за космическата цензура в класическата физика, новият модел ще работи като важна стъпка в тази посока. Освен това ще помогне на учените да разгадаят концепции като квантовата гравитация.
„Разрешаването на сингулярностите на черните дупки продължава да бъде основна цел за квантовата гравитация, като по този начин строгото разбиране как се държат понятия като космическата цензура и неравенството на Пенроуз, когато се отчитат ефектите на квантовата материя, добавя към списъка с критерии, които могат да се използват за по-нататъшно развитие на квантовата гравитация“, добавя Свеско.
Но освен космическата цензура, новият модел разкрива и начини за разбиране на ентропията на черните дупки, степента на случайност в черните дупки.
