Czarne dziury znowu zaskakują. Chodzi o ich dziwne masy

Matematyczny dowód na kwantową naturę czarnych dziur może doprowadzić do “pogodzenia” fizyki kwantowej i ogólnej teorii względności. To z kolei powinno przełożyć się na przełom dotyczący zrozumienia, jak działa wszechświat.
Czarne dziury znowu zaskakują. Chodzi o ich dziwne masy

Dokonania w tej sprawie są dziełem autorów publikacji zamieszczonej na łamach Physical Review Letters. To właśnie oni wykazali, że superpozycje masy w teoretycznym typie czarnej dziury, zwanym BTZ, zajmują jednocześnie zaskakująco różne zakresy masy.

Czytaj też: Niedaleko Ziemi czai się kosmiczny potwór. To nieznana wcześniej czarna dziura

Do tej pory nie badaliśmy dogłębnie, czy czarne dziury wykazują niektóre z dziwnych i wspaniałych zachowań fizyki kwantowej. Jednym z takich zachowań jest superpozycja, w której cząstki w skali kwantowej mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie. Najczęściej ilustruje to kot Schrödingera, który może być jednocześnie martwy i żywy.wyjaśnia Joshua Foo z University of Queensland

Każda cząstka może istnieć w superpozycji, a ich właściwości (na przykład spin czy pęd) są określane dopiero po ich zaobserwowaniu. Wydawało się, iż masa nieobserwowanej cząstki może mieścić się w dowolnym przedziale, jednak nowe badania sugerują, że superpozycja mas utrzymywanych przez czarną dziurę ma tendencję do faworyzowania pewnych miar nad innymi. Zrozumienie tego powinno utworzyć nowe ramy kluczowe w badaniach kwantowo-grawitacyjnych efektów czarnych dziur w stanie superpozycji. Stamtąd natomiast krótka droga do pogodzenia ogólnej teorii względności z fizyką kwantową.

Czarne dziury mogą okazać się kluczowe w połączeniu fizyki kwantowej i ogólnej teorii względności

Z tego względu członkowie zespołu próbowali wyjaśnić, czy czarne dziury mogą mieć różne masy w tym samym czasie. Jak wyjaśniają autorzy, wystarczy wyobrazić sobie, że jesteśmy jednocześnie szerocy i wysocy, a przy tym niscy i chudzi. Z perspektywy “zwykłej” fizyki wydaje się to absurdalne i niemożliwe, natomiast w kwantowej rzeczywistości takie właśnie są czarne dziury.

Modele oparte na pewnych typach czarnych dziur mogłyby umożliwić stworzenie teorii, która wyjaśni nie tylko cząstki, ale i grawitację. Niektóre zjawiska obserwowane wokół czarnej dziury są bowiem nie do wyjaśnienia z użyciem ogólnej teorii względności. Pomóc mogłaby ujednolicona teoria, która łączyłaby założenia dwóch osobnych dziedzin. Matematyczne ramy stworzone przez autorów wspomnianej publikacji mogłyby w tym pomóc. Umożliwiają bowiem obserwację cząstki umieszczonej poza czarną dziurą, a jednocześnie znajdującej się w stanie superpozycji.

Czytaj też: Elektrony jako ciecz mogą pomóc w budowie komputerów kwantowych odpornych na zaburzenia

Nasza praca pokazuje, że bardzo wczesne teorie Jacoba Bekensteina – amerykańskiego i izraelskiego fizyka teoretycznego, który wniósł fundamentalny wkład w podstawy termodynamiki czarnych dziur – były na czasie. [Bekenstein, przyp. red.] postulował, że czarne dziury mogą mieć tylko masy o określonych wartościach, czyli muszą mieścić się w pewnych pasmach lub proporcjach – tak działają np. poziomy energetyczne atomu. Nasze modelowanie pokazało, że te nałożone masy pozostawały w pewnych określonych pasmach lub stosunkach – zgodnie z przewidywaniami Bekensteina.podsumowuje Magdalena Zych z University of Queensland