211service.com
Sådan ødelægger du et sort hul
Ideen om et legeme så massivt, at dets flugthastighed overstiger lysets hastighed går tilbage til den engelske geolog John Michell, som først overvejede det i 1783. I hans scenarie ville en lysstråle rejse væk fra den massive krop, indtil den nåede en vis højde og derefter vendt tilbage til overfladen.
Moderne tænkning om sorte huller er noget anderledes, ikke mindst fordi den særlige relativitetsteori fortæller os, at lysets hastighed er en universel konstant. Det kritiske koncept, som fysikere fokuserer på i dag, er begivenhedshorisonten: en teoretisk grænse i rummet, hvorigennem lys og andre objekter kan passere i den ene retning, men ikke i den anden. Da lys ikke kan undslippe, er begivenhedshorisonten det, der gør et sort hul sort.
Begivenhedshorisonten er noget af en skuffelse for mange astrofysikere, fordi den interessante fysik, tingene ud over universets kendte love, alt sammen forekommer inde i det og derfor er skjult for os.
Det, fysikere derfor gerne vil have, er en måde at slippe af med begivenhedshorisonten og udsætte den indre funktion for ordentlig undersøgelse. At gøre dette ville ødelægge det sorte hul, men afsløre noget langt mere bizart og eksotisk.
I dag forklarer Ted Jacobson ved University of Maryland og Thomas Sotiriou og University of Cambridge, hvordan dette kan gøres i en underholdende og bemærkelsesværdig tilgængelig beretning om udfordringen.
I generel relativitetsteori er den matematiske betingelse for eksistensen af et sort hul med en begivenhedshorisont enkel. Den er givet ved følgende ulighed: M^2 > (J/M)^2 + Q^2, hvor M er massen af det sorte hul, J er dets vinkelmomentum og Q er dets ladning.
At slippe af med begivenhedshorisonten er simpelthen et spørgsmål om at øge vinkelmomentet og/eller ladningen af dette objekt, indtil uligheden er vendt. Når det sker, forsvinder begivenhedshorisonten, og det eksotiske objekt nedenunder dukker op.
Ved første øjekast virker det ligetil. Uligheden tyder på, at for at ødelægge et sort hul, skal du blot give det vinkelmomentum og opladning.
Men det skjuler en lang række problemer. Til at begynde med har ting med vinkelmomentum og ladning også en tendens til at have masse. Og under alle omstændigheder beskriver ligningen ovenfor en steady state. At fodre et sort hul skaber en dynamisk tilstand, og der er ingen garanti for, at objektet vil lægge sig tilbage i en stabil tilstand igen uden at miste den vinkelmomentum og ladning, som den er blevet fodret med.
Faktisk er beregningerne så djævelske, at de har trodset alle forsøg på at tæmme dem. På nuværende tidspunkt ved ingen, hvad det ville gøre, siger Jacobson og Sotiriou.
Hvad ville et sort hul uden sin begivenhedshorisont afsløre? Det er her, fysikken bliver filosofisk. Matematikken her indikerer, at rumtiden bliver uendeligt buet, hvilket skaber det, astrofysikere kalder en singularitet.
For enhver almindelig fysiker er en singularitet en indikation af, at en teori er brudt sammen, og der er brug for en ny teori for at beskrive, hvad der foregår. Det er et principspørgsmål, at singulariteter er matematiske objekter, ikke fysiske, og at ethvert 'hul', de foreslår, ikke eksisterer i universets struktur, men i vores forståelse af det.
Astrofysikere er forskellige. De har en så ekstraordinær tro på deres teorier, at de tror, at singulariteter faktisk eksisterer inde i sorte huller. Personer som Roger Penrose og Stephen Hawking har endda bevist, at singulariteter er uundgåelige i gravitationssammenbrud.
For dem rejser det at fjerne begivenhedshorisonten omkring et sort hul den spændende udsigt til at afsløre en singularitet i al dens nøgne herlighed. Når det sker, vil vi være i stand til at se på uendeligheden.
Det virker bizart.
At ødelægge et sort hul på denne måde er forpligtet til at afsløre ny fysik. Men hvad end dette måtte være, er det forpligtet til at forblive godt skjult, indtil vi har en teori, der bedre beskriver, hvad der foregår i sådanne ekstremer. Eller indtil vi får øje på et af disse objekter et sted på nattehimlen.
Ref: arxiv.org/abs/1006.1764 : Ødelæggelse af sorte huller med testkroppe