Natuurkundigen hebben een vreemde wending in de ruimtetijd ontdekt die zwarte gaten kan simuleren – totdat ze heel dichtbij komen. Bekend als “topologische solitonen”, zijn deze theoretische hiaten in het weefsel van ruimte-tijd bekend in het hele universum, en het vinden ervan zou ons begrip van de kwantumfysica kunnen vergroten, volgens een nieuwe studie die op 25 april in het tijdschrift Science is gepubliceerd. fysieke beoordeling d (Opent in een nieuw tabblad).
zwarte gaten Het is misschien wel het meest frustrerende dat ooit in de wetenschap is ontdekt. Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt hun bestaan, en astronomen weten hoe ze ontstaan: een massieve ster hoeft alleen maar in te storten onder zijn eigen gewicht. Omdat er geen andere kracht beschikbaar is om het te weerstaan, blijft de zwaartekracht trekken totdat alle materie van de ster is samengeperst tot een heel klein punt, bekend als een singulariteit. Rondom deze singulariteit bevindt zich de waarnemingshorizon, een onzichtbare grens die de rand van het zwarte gat markeert. Wat de waarnemingshorizon passeert, kan er niet uit komen.
Maar het grootste probleem hiermee is dat punten met een oneindige dichtheid niet echt kunnen bestaan. Dus terwijl algemene relativiteit Hij voorspelt het bestaan van zwarte gaten, en we hebben veel astronomische objecten gevonden die zich precies gedragen zoals de theorie van Einstein voorspelde, en we weten dat we nog steeds niet het volledige beeld hebben. We weten dat het unieke moet worden vervangen door iets logischers, maar we weten niet wat dat is.
Verwant: Zijn zwarte gaten wormgaten?
Om dit te vinden, is een begrip van zwaartekracht nodig dat extreem sterk is op zeer kleine schaal – iets dat kwantumzwaartekracht wordt genoemd. Tot nu toe hebben we geen werkbare kwantumtheorie van de zwaartekracht, maar we hebben wel verschillende kandidaten. Een van deze kandidaten is snaartheorieeen model dat suggereert dat alle deeltjes die deel uitmaken van ons universum in werkelijkheid zijn gemaakt van kleine, trillende snaren.
Om de grote verscheidenheid aan deeltjes die ons universum bewonen te verklaren: die snaren kunnen niet zomaar trillen in de gebruikelijke drie ruimtelijke dimensies. De snaartheorie voorspelt het bestaan van extra dimensies, allemaal opgerold op zichzelf op een onpeilbaar kleine schaal – zo klein dat we niet eens weten dat ze bestaan.
En deze handeling van het rimpelen van extra ruimtelijke dimensies op kleine schalen kan tot zeer interessante dingen leiden.
In de nieuwe studie suggereerden de onderzoekers dat deze extra compacte afmetingen tot defecten zouden kunnen leiden. Net als rimpels die je niet uit je overhemd krijgt, hoe vaak je het ook strijkt, zullen deze onvolkomenheden onveranderlijke, permanente defecten zijn in de structuur van ruimte-tijd – een topologische soliton. Natuurkundigen hebben gesuggereerd dat deze seltons eruit zouden zien, zich zouden gedragen en mogelijk zouden ruiken als zwarte gaten.
De onderzoekers bestudeerden hoe lichtstralen zich zouden gedragen als ze in de buurt van een van deze solitonen komen. Ze ontdekten dat solitonen licht op dezelfde manier zouden beïnvloeden als een zwart gat. Licht buigt rond de solitonen en vormt stabiele orbitale ringen, en de solitonen werpen schaduwen. Met andere woorden, de Beroemde beelden van de Event Horizon Telescopedat in 2019 was ingezoomd op het zwarte gat M87*, zou er bijna hetzelfde uitzien als het een selton in het midden van de afbeelding zou zijn, in plaats van een zwart gat.
Maar binnenkort komt er een einde aan de traditie. Topologische solitonen zijn geen singulariteiten, dus ze hebben geen waarnemingshorizon. Je kunt zo dicht bij de soliton komen als je wilt, en je kunt altijd vertrekken als je wilt (ervan uitgaande dat je genoeg brandstof hebt ingepakt).
Helaas hebben we geen zwarte gaten die dichtbij genoeg zijn om in te graven, en daarom kunnen we alleen vertrouwen op waarnemingen van verre objecten. Als er ooit topologische solitonen worden ontdekt, zal de detectie niet alleen inzicht geven in de aard van de zwaartekracht, maar het zal ons ook in staat stellen om de aard van de kwantumzwaartekracht en de snaartheorie direct te bestuderen.
“Bierliefhebber. Toegewijde popcultuurgeleerde. Koffieninja. Boze zombiefan. Organisator.”
More Stories
Een ongekende meteorietontdekking daagt astrofysische modellen uit
SpaceX heeft een Falcon 9-raket gelanceerd tijdens zijn recordbrekende 20e missie
Het vinden van de meest veelbelovende tekenen van leven op een andere planeet, met dank aan James Webb