Pięciowymiarowe czarne dziury przeczą teorii Einsteina. Czy możliwe, że istnieją w naszym wszechświecie?
Czarne dziury są tajemnicze i niezrozumiałe, pomyślcie zatem jak bardzo skomplikowane muszą być w takim razie pięciowymiarowe czarne dziury… Naukowcy po raz pierwszy przeprowadzili symulację takiego fenomenu. Jak stwierdzili jej zachowanie mogłoby podważyć podstawy naszego rozumienia wszechświata i teorii Einsteina.
Twórcy symulacji sugerują, że gdyby wszechświat był zbudowany z większej liczby wymiarów, to teoria względności Einsteina – podstawa współczesnej fizyki, byłaby błędna. Dlaczego? Ponieważ pięciowymiarowa czarna dziura miałaby tak dużą gęstość, że wszystkie znane nam prawa fizyki by nie działały. Prześledźmy to jednak po kolei…
Symulacja zakłada, że w pięciowymiarowym wszechświecie czarne dziury byłyby bardziej pierścieniami niż dziurami. Ewoluując mogłyby one tworzyć szereg wybrzuszeń, które z czasem mogłyby stać się początkami nowych czarnych dziur.
Koncepcja pierścieniowych czarnych dziur (lub „czarnych pierścieni”) została po raz pierwszy zaproponowana w 2002 roku, do tej pory jednak nikt nie był w stanie skutecznie przeprowadzić symulacji. Stało się to możliwe dzięki superkomputerowi COSMOS na Uniwersytecie w Cambridge. Jest to komputer posiadający obecnie największą pamięć dzieloną w Europie, który może wykonać 38,6 biliona operacji na sekundę!
Problemem pięciowymiarowych czarnych dziur jest to, że musiałyby się one składać z „pierścieni ultra grawitacyjnych”, gdzie grawitacja jest tak intensywna, że daje podstawę do stanu zwanego nagą osobliwością (gdy osobliwość nie jest ukryta za horyzontem zdarzeń). Naga osobliwością jest czymś tak dziwnym, że nikt tak naprawdę nie wie, czy mogłyby one zaistnieć, chyba że prawa ogólnej teorii względności przestałyby obowiązywać…
Teoria względności opiera się na założeniu, że grawitacja reguluje zachowanie wszechświata. Wiemy, że materia wypacza otaczającą ją tkankę czasoprzestrzeni, a efekt wypaczenia jest tym, co nazywamy grawitacją.
Od kiedy 100 lat temu po raz pierwszy zaproponowano teorię względności zdaje ona wszystkie testy – wszystko, co obserwujemy we wszechświecie następuje według jej założeń. Jedyne co może stwarzać problem to właśnie osobliwość czarnej dziury.
We wszechświecie czterowymiarowym (gdzie czwartym wymiarem jest czas), osobliwością jest nazywany punkt czarnej dziury, gdzie grawitacja jest najbardziej intensywna – centrum, które jest otoczone przez horyzont zdarzeń, rozpoczynający się tuż przy krawędzi czarnej dziury.
„Dopóki osobliwość pozostaje ukryta za horyzontem zdarzeń, nie powoduje to kłopotu i ogólna teoria względności posiada tzw. hipotezę kosmicznej cenzury”, mówi fizyka teoretyczna Markus Kunesch z University of Cambridge. „Dopóki hipoteza kosmicznej cenzury jest poprawna, możemy śmiało przewidzieć przyszłość obiektów poza czarnymi dziurami”.
Co jednak jeśli osobliwość może istnieć poza horyzontem zdarzeń czarnej dziury? Fizycy mają hipotezę, że w pięciu lub więcej wymiarach obiekty, które zapadły się do nieskończonej gęstości – osobliwości – nie są związane przez horyzont zdarzeń – stają się nagą osobliwością, a wszystko wokół tego obiektu zaczyna „szaleć”. To sprawia, że musielibyśmy przemyśleć całe nasze zrozumienie fizyki.
„Jeśli istnieją nagie osobliwości, ogólna teoria względności załamuje się” wyjaśnia Saran Tunyasuvunakool. „A jeśli ogólna teoria względności się załamie, to wywróci wszystko do góry nogami, bo nie będzie już żadnej mocy predykcyjnej. Nie będzie już mogła być ona traktowana jako samodzielna teoria do wyjaśnienia wszechświata”.
Jeśli nasz wszechświat ma tylko cztery wymiary, wszystko jest w porządku, fizycy jednak uważają, że wszechświat może się składać z aż 11 wymiarów.
Problem polega na tym, że ponieważ ludzie mogą postrzegać tylko trzy, to jedyny sposób w jaki możemy potwierdzić ewentualne istnienie większej liczby wymiarów, jest poprzez eksperymenty na wysokiej energii, takie jak te realizowane w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Przez ostatnie sto lat kolejne eksperymenty i odkrycia potwierdzały prawdziwość teorii względności, założenia hipotetyczne pchają jednak fizykę w nowe obszary rozważań, dla których teoria Einsteina może już nie być wystarczająca.
