Egy fizikus megmenti Hawking elméletét, hogy megmagyarázza, miért nem omlik össze néhány fekete lyuk teljesen
A fekete lyukak belül nem feltétlenül tartalmaznak szingularitástannak ellenére, hogy ez a gondolat évtizedek óta az elméleti fizika egyik legelfogadottabb pillére. Ezt a hipotézist javasolta egy új tanulmány, amelyet Francesco Di Filippo fizikus írt alá, a Frankfurti Elméleti Fizikai Intézet munkatársa, amely a Stephen Hawking-sugárzáshoz kapcsolódó mechanizmusok egy részét visszanyeri, hogy olyan forgatókönyveket javasoljon, amelyekben bizonyos fekete lyukak képesek lennének elpárologni anélkül, hogy teljesen összeesnének magukban.
A mű közvetlenül megkérdőjelezi azt a klasszikus nézetet, amely szerint az általános relativitáselmélet elkerülhetetlenül egy olyan régióhoz vezet, ahol az elmélet leáll. A Roger Penrose és Hawking által a 20. században kidolgozott híres szingularitási tételek óta az elméleti fizika egy fontos része azt feltételezi, hogy a fekete lyuk belseje végül szingularitást generál – egy végtelen sűrűségű pontot – vagy egy Cauchy-horizontot, egy matematikai határt, ahol a fizika előrejelző képessége megtörik. Az új tanulmány, amely ben jelent meg Fizikai áttekintő levelek azonban fenntartja, hogy Néhány, magában a relativisztikus fizikában már ismert hatás megakadályozhatja ezt a szélsőséges eredményt..
A Hawking-sugárzás szerepe
A munka kulcsa a Hawking-sugárzás, az 1970-es években Stephen Hawking által javasolt elméleti mechanizmus, amely leírja, hogy a fekete lyukak hogyan veszíthetnek el energiát és lassan párologhatnak el. Di Filippo szerint ez a folyamat bizonyos energetikai feltételek megsértését jelenti a szingularitásokról szóló klasszikus tételekben használatos. Belső taszító erőkkel kombinálva – mint például elektromágneses taszítás töltött fekete lyukakban vagy forgás az asztrofizikai fekete lyukakban – párolgás megakadályozhatja mind a szingularitás kialakulását, mind a Cauchy-féle horizontok megjelenését.
A tanulmány különösen a töltött és gömbszimmetrikus fekete lyukakat elemzi, amelyeket az általános relativitáselmélet Reissner–Nordström megoldása ír le. Ezekben a modellekben két különböző horizont jelenik meg: egy külső és egy belső. Hagyományosan a belső horizont instabilitásokhoz és szingularitásokhoz kötődik. A szerző azonban azt javasolja, hogy bizonyos feltételek mellett és bizonyos összeomlási modellekben az összeomló anyag „pattanhat”, mielőtt elérné a szingularitást, és később, amikor a fekete lyuk elpárolog, elszökhet. A leírt forgatókönyvek némelyikében a téridő teljesen szabályos maradna.
Fekete lyukak, amelyek szingularitás nélkül elpárologhatnak
A cikk osztályoz több lehetséges végződést ezeknek a fekete lyukaknak. Egyesek továbbra is problémás horizontokhoz vagy szingularitásokhoz vezetnének, mások viszont lehetővé tennék a teljes elpárolgást anélkül, hogy megzavarnák a fizikai kiszámíthatóságot. Ezek közé tartozik egy olyan forgatókönyv, amelyben a fekete lyuk véges időn belül teljesen eltűnik, és egy másik, amelyben eseményhorizont nélkül hagy maradványt. Mindkét esetben a csapdába esett anyag elméletileg a klasszikus szingularitás kialakulása nélkül is megszökhet.
A munka egyik legfontosabb szempontja az Nem vezet be új részecskéket, és nem módosítja a gravitáció elméletét. A szerző kitart amellett, hogy az összes használt mechanizmus az általános relativitáselméletből és az elméleti fizika által már elfogadott félklasszikus hatásokból származik. A javaslat nem végleges demonstráció, sokkal inkább „bizonyítási elve”, hogy a szingularitási probléma megoldásához nem feltétlenül szükséges a kvantumgravitáció teljes elmélete.
A még nyitott kétségek
A tanulmány azonban elismeri, hogy még mindig Sok nyitott kérdés van. Köztük van az úgynevezett „tömeges infláció”a belső horizontokban megjelenő instabilitás, amely alapjaiban megváltoztathatja ezen objektumok valós evolúcióját. Vannak is kiemelkedő numerikus számítások képes meghatározni, hogy a leírt elméleti forgatókönyvek közül melyik lenne fizikailag életképes. A szerző maga is elismeri, hogy néhány ilyen folyamat elérhetetlen lehet a jelenlegi félklasszikus megközelítésektől.
Bár az elemzés a töltött fekete lyukakra összpontosít, Di Filippo azt állítja, hogy hasonló mechanizmusok alkalmazhatók valódi forgó asztrofizikai fekete lyukakra is, ahol az elektromos töltés szerepét a forgás váltaná fel. A tanulmány rámutat arra a téridő spinje által generált centrifugális taszítás egyenértékű szerepet játszhat, és ugyanúgy hozzájárulhat a szingularitások elkerüléséhez. Ez a lehetőség közvetlenül kapcsolódik a modern fizika néhány nagy, még nyitott problémájához, a fekete lyukak végső természetétől az univerzum információs problémájáig.
