nauki ścisłe
Autor: Joseph Polchinski | dodano: 2015-04-22
Ogniste kręgi

„Ściany ognia” z cząstek, jakie być może otaczają czarne dziury, są kłopotliwe zarówno dla ogólnej teorii względności, jak i mechaniki kwantowej.

Spadanie do wnętrza czarnej dziury z pewnością nie jest atrakcyjną perspektywą. Od chwili, kiedy fizycy odkryli, że czarne dziury naprawdę istnieją, wiemy, że znalezienie się w pobliżu tego złowrogiego obiektu oznacza pewną śmierć. Do niedawna uważaliśmy jednak, że astronauta, mijający horyzont zdarzeń, czyli punkt, zza którego nie ma już powrotu, nie doświadcza niczego szczególnego. Einsteinowska ogólna teoria względności nie przewiduje żadnych zjawisk wyróżniających miejsce, w którym szansa wydostania się maleje do zera. Wydawało nam się, że każdy, kto przekroczyłby horyzont, po prostu spadałby i spadał w ciemną otchłań.

Niedawno wraz ze współpracownikami przyjrzeliśmy się raz jeszcze temu problemowi w świetle nowych spostrzeżeń na temat relacji między mechaniką kwantową a czarnymi dziurami. Dziś uważamy, że doświadczenia spadającego astronauty będą całkowicie odmienne od tego, co przewidywał Albert Einstein. Minięcie granicy nie pozostanie niezauważone. Na horyzoncie zdarzeń astronauta trafi na ścianę ognia tworzoną przez wysokoenergetyczne cząstki, która spowoduje jego natychmiastową śmierć. Nie da się wykluczyć, że ściana ta wyznacza także kres przestrzeni.

Do takiego wniosku doszliśmy trzy lata temu, kiedy w czteroosobowym zespole z University of California w Santa Barbara w składzie mój kolega Donald Marolf, dwóch doktorantów Ahmed Almheiri i James Sully oraz ja (dziś identyfikuje nas akronim AMPS) analizowaliśmy istotę czarnych dziur, sięgając do idei zaczerpniętych z teorii strun. Naszą szczególną uwagę zwróciło rozumowanie przedstawione w latach 70. przez Stephena Hawkinga, który zauważył poważny konflikt pomiędzy przewidywaniami fizyki kwantowej i teorii grawitacji odnoszącymi się do zjawisk związanych z czarnymi dziurami. Z jego rozumowania wynikało, że albo mechanika kwantowa, albo teoria Einsteina kreśli błędny obraz czasoprzestrzeni. Spór o to, który z poglądów jest słuszny, dał początek trwającej do dziś wojnie w środowisku naukowym.

Podobnie, jak w przypadku Hawkinga, również nasza hipoteza ściany ognia wzbudziła falę niedowierzania, którego nie wspie­rały jednak żadne satysfakcjonujące alternatywne rozwiązania. Jeżeli ufamy mechanice kwantowej, to ściany ognia są jej konsekwencją, choć ich istnienie rodzi wiele problemów teoretycznych. Jak się wydaje, fizycy nie mają wyjścia i muszą porzucić jeden z bliskich im poglądów, chociaż trudno zgodzić się, który. Mamy jednak nadzieję, że obecny stan konfuzji zaowocuje głębszym zrozumieniem mechaniki kwantowej i teorii względności, i w końcu, co byłoby ideałem, pomoże usunąć jawne sprzeczności pomiędzy tymi dwiema kluczowymi dla fizyki teoriami.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 05/2015 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
24
W 1859 r. Karol Darwin opublikował dzieło O powstaniu gatunków na drodze doboru naturalnego.
Warto przeczytać
Czy znasz powiedzenie że matematykowi do pracy wystarczy kartka, ołówek i kosz na śmieci? To nieprawda! Pasjonującą, efektowną i praktyczną matematykę poznaje się dopiero w laboratorium.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Joseph Polchinski | dodano: 2015-04-22
Ogniste kręgi

„Ściany ognia” z cząstek, jakie być może otaczają czarne dziury, są kłopotliwe zarówno dla ogólnej teorii względności, jak i mechaniki kwantowej.

Spadanie do wnętrza czarnej dziury z pewnością nie jest atrakcyjną perspektywą. Od chwili, kiedy fizycy odkryli, że czarne dziury naprawdę istnieją, wiemy, że znalezienie się w pobliżu tego złowrogiego obiektu oznacza pewną śmierć. Do niedawna uważaliśmy jednak, że astronauta, mijający horyzont zdarzeń, czyli punkt, zza którego nie ma już powrotu, nie doświadcza niczego szczególnego. Einsteinowska ogólna teoria względności nie przewiduje żadnych zjawisk wyróżniających miejsce, w którym szansa wydostania się maleje do zera. Wydawało nam się, że każdy, kto przekroczyłby horyzont, po prostu spadałby i spadał w ciemną otchłań.

Niedawno wraz ze współpracownikami przyjrzeliśmy się raz jeszcze temu problemowi w świetle nowych spostrzeżeń na temat relacji między mechaniką kwantową a czarnymi dziurami. Dziś uważamy, że doświadczenia spadającego astronauty będą całkowicie odmienne od tego, co przewidywał Albert Einstein. Minięcie granicy nie pozostanie niezauważone. Na horyzoncie zdarzeń astronauta trafi na ścianę ognia tworzoną przez wysokoenergetyczne cząstki, która spowoduje jego natychmiastową śmierć. Nie da się wykluczyć, że ściana ta wyznacza także kres przestrzeni.

Do takiego wniosku doszliśmy trzy lata temu, kiedy w czteroosobowym zespole z University of California w Santa Barbara w składzie mój kolega Donald Marolf, dwóch doktorantów Ahmed Almheiri i James Sully oraz ja (dziś identyfikuje nas akronim AMPS) analizowaliśmy istotę czarnych dziur, sięgając do idei zaczerpniętych z teorii strun. Naszą szczególną uwagę zwróciło rozumowanie przedstawione w latach 70. przez Stephena Hawkinga, który zauważył poważny konflikt pomiędzy przewidywaniami fizyki kwantowej i teorii grawitacji odnoszącymi się do zjawisk związanych z czarnymi dziurami. Z jego rozumowania wynikało, że albo mechanika kwantowa, albo teoria Einsteina kreśli błędny obraz czasoprzestrzeni. Spór o to, który z poglądów jest słuszny, dał początek trwającej do dziś wojnie w środowisku naukowym.

Podobnie, jak w przypadku Hawkinga, również nasza hipoteza ściany ognia wzbudziła falę niedowierzania, którego nie wspie­rały jednak żadne satysfakcjonujące alternatywne rozwiązania. Jeżeli ufamy mechanice kwantowej, to ściany ognia są jej konsekwencją, choć ich istnienie rodzi wiele problemów teoretycznych. Jak się wydaje, fizycy nie mają wyjścia i muszą porzucić jeden z bliskich im poglądów, chociaż trudno zgodzić się, który. Mamy jednak nadzieję, że obecny stan konfuzji zaowocuje głębszym zrozumieniem mechaniki kwantowej i teorii względności, i w końcu, co byłoby ideałem, pomoże usunąć jawne sprzeczności pomiędzy tymi dwiema kluczowymi dla fizyki teoriami.