15:02 2022-01-20
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Studiul constată că orizonturile interioare ale găurilor negre pot fi încărcate sau descărcate
_ Studiul a constatat că orizonturile interioare ale găurii negre pot fi încărcat sau descărcat
Găurile negre sunt corpuri cosmice interesante și studiate pe scară largă, cu forțe de maree extrem de mari, din care nici măcar lumina nu poate scăpa. În timp ce multe studii au prezis existența găurilor negre, care au fost, de asemenea, detectate recent, multe întrebări despre aceste corpuri cosmice rămân fără răspuns.
Cercetătorii de la Universitatea din Leipzig au efectuat recent un studiu care examinează polarizarea în vid indusă de un câmp scalar încărcat cuantic în apropierea orizontului interior al unei găuri negre încărcate. Rezultatele analizelor lor, publicate în Physical Review Letters, sugerează că la orizontul interior al unei găuri negre încărcate, curentul încărcat cuantic ar putea fi fie pozitiv, fie negativ.
„Teoria relativității generale unește spațiul și timpul. în conceptul de spațiu-timp și descrie gravitația ca o îndoire a acelui spațiu-timp", a declarat Christiane Klein, unul dintre cercetătorii care au efectuat studiul, pentru Phys.org. „Una dintre cele mai proeminente predicții ale sale sunt găurile negre (adică, regiunile spațiu-timpului din care nici măcar lumina nu poate scăpa). Dacă o gaură neagră este încărcată electric sau se rotește, interiorul ei are o caracteristică interesantă: în interiorul găurii negre, există o suprafață cu proprietăți asemănătoare cu cele ale orizontului de evenimente (adică, marginea exterioară) a găurii negre. Prin urmare, se numește orizont interior."
În esență, până la orizontul interior al unei găuri negre, spațiu-timp și tot ce se întâmplă în el poate fi prezis teoretic pe baza cunoștințelor despre starea universului la un moment dat din trecut, la care fizicienii le numesc „date inițiale.” Această capacitate de a prezice spațiu-timp, cunoscută sub numele de determinism, este o caracteristică importantă a fizicii. teorii.
Pe baza predicțiilor teoretice, totuși, un observator care traversează orizontul interior al unei găuri negre ar putea ocoli singularitatea centrală a găurii negre, unde spațiul și timpul devin infinit curbate și să reiasă într-un alt univers. Lu În schimb, dincolo de orizontul interior, determinismul s-ar defecta teoretic, ceea ce înseamnă în esență că călătoria unui observator nu ar mai fi determinată de așa-numitele date inițiale.
În lucrarea sa, intitulată „Gravitational Radiation and Gravitational Radiation”. Colaps”, matematicianul britanic Roger Penrose a prezis că acest lucru nu se va întâmpla, deoarece ar exista rămășițe ale prăbușirii unei găuri negre sau alte mici abateri de la datele inițiale ale spațiu-timpului găurii negre.
„Conform lui Penrose, aceste abateri s-ar acumula în apropierea orizontului interior și s-ar îndoi spațiu-timp în apropierea orizontului atât de puternic încât orice observator care se apropie de el este distrus, transformând orizontul interior într-o singularitate”, a spus Klein. „Această idee se numește conjectura puternică de cenzură cosmică. În literatură, au fost studiate diferite tipuri de găuri negre cu orizonturi interioare și diferite perturbări ale datelor lor inițiale pentru a testa această presupunere și a determina puterea singularității la orizontul interior.”
Studii recente au descoperit că în găurile negre încărcate dintr-un univers în expansiune, singularitatea poate fi suficient de slabă pentru a fi traversată. Aceste descoperiri (Cardoso și colab.; Dias și colab.; Cardoso și colab.) i-au inspirat în cele din urmă pe unii dintre cercetătorii din echipă să investigheze ce s-ar întâmpla dacă ar lua în considerare și natura cuantică a câmpurilor gravitaționale și a materiei.
„De obicei, aceste perturbații cuantice sunt neglijabil de mici”, a spus Klein. „S-a dovedit că destul de aproape de orizontul interior, efectele cuantice domină efectele clasice și sunt suficient de puternice pentru a transforma orizontul interior într-o singularitate puternică. Acest lucru a arătat că efectele cuantice nu trebuie neglijate în apropierea orizontului interior al găurilor negre și ne-a motivat. să aruncăm o privire mai atentă asupra altor efecte cuantice din această regiune”.
Deoarece o gaură neagră încărcată electric poate fi formată numai din materie încărcată electric, Klein și colegii ei au decis să se uite în mod special la materia cuantică încărcată electric. Una dintre principalele semnături observabile ale acestui tip de materie este curentul electric pe care îl produce. Prin urmare, cercetătorii au încercat să determine cum se va comporta acest curent în apropierea orizontului interior al unei găuri negre.
„În studiile anterioare s-a susținut că astfel de curenți se datorează în principal creării spontane a particulelor încărcate opus. în interiorul găurii negre, care sunt apoi accelerate în direcții opuse”, a spus Klein. „Acest lucru ar avea efectul de a descărca regiunea găurii negre din spatele orizontului interior. Unul dintre obiectivele a fost să verifice dacă această imagine intuitivă a particulelor este corectă.”
În lucrarea lor recentă, cercetătorii au considerat un spațiu-timp descriind un univers în expansiune cu o gaură neagră încărcată în interior. Ulterior, au încadrat teoria câmpului cuantic a unui câmp scalar încărcat în acest spațiu-timp ipotetic.
„Deocamdată, am ignorat că prezența câmpului cuantic ar trebui să modifice spațiu-timp”, a spus Klein.
p>Folosind cadrul propus de ei, echipa a reușit să studieze curentul electric al unui câmp cuantic în exemplul pe care l-au considerat. Configurația lor numerică pe care au dezvoltat-o s-a bazat pe rezultatele pe care le-au adunat în trecut.
„Am descoperit că contribuția dominantă la curent la orizontul interior este independentă de starea (adică, condițiile inițiale) ale câmp cuantic, atâta timp cât este fizic rezonabil”, a spus Klein. „Am ales o stare convenabilă și am derivat o formulă pentru curent utilizând tehnicile teoriei câmpului cuantic pe spații-timp curbate. Formula trebuie evaluată numeric pentru un set de parametri ai spațiu-timpului (masa și sarcina găurii negre și o constantă cosmologică). care descrie cantitatea de expansiune a universului) și câmpul cuantic (masa și sarcina câmpului).”
Elementele cheie conținute în formula folosită de Klein și colegii ei sunt așa-numiții „coeficienți de împrăștiere”. ." Acestea sunt numere care descriu măsura în care perturbațiile câmpului sunt transmise în gaura neagră sau sunt reflectate în spațiu. Pentru a calcula acești coeficienți, Klein și colegii ei au folosit metode pe care le-au dezvoltat într-unul dintre studiile lor anterioare.
p> „Curentul ar trebui să aibă întotdeauna același semn, dar constatăm că contribuția dominantă la curent la orizontul interior poate fi atât pozitivă, cât și negativă, în funcție de parametrii spațiu-timpului și ai fiului cuantic. ld", a spus Klein. „Trebuie remarcat faptul că în regiunea parametrilor foarte aproape de sarcina maximă admisă a găurii negre (dacă sarcina este crescută în continuare, nu mai există orizont de evenimente și singularitatea din centru devine „goală”) curentul tinde întotdeauna pentru a scădea încărcarea orizontului interior. Acest lucru asigură că sarcina acestuia nu poate fi crescută dincolo de maximul permis."
Rezultatele analizelor cercetătorilor au fost destul de surprinzătoare, deoarece contrazic predicția imaginii particulelor. . Spre deosebire de ceea ce se așteptau, rezultatele lor prezic că, în anumite circumstanțe, încărcarea unei găuri negre în interiorul orizontului interior poate fi crescută prin efecte cuantice.
„Chiar dacă rezultatele noastre numerice nu pot acoperi spațiu-timp realist și parametrii câmpului cuantic, munca noastră demonstrează că imaginea particulelor este insuficientă pentru a capta pe deplin efectele cuantice din interiorul găurilor negre”, a spus Klein.
Pe lângă faptul că contrazic previziunile imaginii particulelor, rezultatele adunate de Klein și colegii ei ar putea arunca o lumină suplimentară asupra constatărilor bine stabilite legate de orizontul evenimentelor. De fapt, munca lor sugerează că efectele cuantice se pot comporta destul de diferit în apropierea orizontului interior al unei găuri negre decât la orizontul evenimentelor, unde se așteaptă să scadă încărcarea unei găuri negre. Mai mult, rezultatele ar putea inspira noi studii care investighează efecte cuantice similare în setări mai realiste.
„Se așteaptă ca găurile negre realiste să aibă cel mult o sarcină electrică neglijabil de mică, dar un moment unghiular semnificativ (adică, rotație), ", a spus Klein. „De fapt, s-ar putea considera găurile negre încărcate ca simple modele de jucărie pentru cele rotative: ele au multe caracteristici, cum ar fi prezența unui orizont interior, dar găurile negre încărcate sunt mult mai ușor de gestionat matematic. O linie viitoare de cercetare suntem În prezent, urmărim extinderea rezultatelor noastre la găurile negre rotative. Ar fi interesant să testăm dacă efectele cuantice pot crește rotația găurii negre în apropierea orizontului său interior în loc să o scădeze, așa cum ne-ar putea aștepta naiv.”
© 2022 Science X Network
Comentarii:
Adauga Comentariu