Cała sprawa sprowadza się do jednego z filarów termodynamiki czarnych dziur. W latach 70. XX wieku fizycy zauważyli niezwykłe podobieństwo pomiędzy zachowaniem czarnych dziur a klasycznymi prawami termodynamiki. Powstały wówczas cztery prawa mechaniki czarnych dziur, będące odpowiednikami czterech praw termodynamiki.
Czytaj też: Fizycy odtworzyli czarną dziurę. Przesuwają kolejne granice w badaniach nad wszechświatem
Szczególne znaczenie ma trzecie z nich. W klasycznym ujęciu mówi ono, że nie można doprowadzić czarnej dziury do stanu zerowej grawitacji powierzchniowej, zwanego stanem ekstremalnym, za pomocą żadnego fizycznego procesu zachodzącego w skończonym czasie. Innymi słowy, podobnie jak niemożliwe jest schłodzenie zwykłej materii do temperatury zera absolutnego za pomocą skończonej liczby operacji, tak samo niemożliwe powinno być wyprodukowanie idealnie ekstremalnej czarnej dziury.
Nowe badania pokazują jednak coś zupełnie innego. Zespół kierowany przez Johna R. Crumpa i Harveya Realla przeprowadził zaawansowane symulacje numeryczne w pięciowymiarowej teorii grawitacji próżniowej. Naukowcy odkryli rozwiązania równań Einsteina opisujące sytuację, w której początkowo zwykła, nieobracająca się czarna dziura ewoluuje i osiąga stan ekstremalny po upływie skończonego czasu. Oznacza to bezpośrednie naruszenie trzeciego prawa mechaniki czarnych dziur.
Trzecie prawo mechaniki czarnych dziur do poprawki?
Szczególnie istotna wydaje się jedna kwestia: badacze nie wykorzystali do tego egzotycznych form materii ani nietypowych pól fizycznych. Wcześniejsze potencjalne kontrprzykłady opierały się na obecności pól skalarnych bądź ładunków elektrycznych. Tym razem zjawisko pojawia się w czystej grawitacji, bez udziału dodatkowej materii. To pierwszy znany przypadek obalenia trzeciego prawa wyłącznie na gruncie próżniowych równań grawitacji.
Czy możemy już mówić o konieczności przepisania podręczników? Niekoniecznie. Uzyskany rezultaty dotyczy bowiem pięciowymiarowej przestrzeni czasoprzestrzennej, a nie naszego czterowymiarowego wszechświata. Mimo to wielu teoretyków uważa takie modele za niezwykle ważne laboratorium matematyczne, pozwalające testować granice ogólnej teorii względności i badać zachowanie grawitacji w warunkach ekstremalnych.
Czytaj też: W 1971 roku odkryliśmy pierwszą czarną dziurę. Teraz naukowcy poznali sposób na rozwikłanie jej paradoksu
Sama idea ekstremalnej czarnej dziury wydaje mi się nader fascynująca. Tego typu obiekty obracają się z maksymalną możliwą prędkością lub posiadają maksymalny dopuszczalny ładunek elektryczny. W takim stanie temperatura związana z promieniowaniem Hawkinga spada do zera. W teorii są więc one odpowiednikiem układów schłodzonych do absolutnego minimum energetycznego. Od wielu lat fizycy spierają się, czy takie obiekty mogą rzeczywiście powstawać w naturze.
Źródło: Physical Review Letters
