UNUTRAŠNJOST crne rupe, skrivena iza horizonta događaja, i dalje je potpuna nepoznanica.

Horizont događaja granica je s koje ni svjetlost više ne može pobjeći, zbog čega je nemoguće izravno promatrati što se događa unutra. U udžbenicima se singularnost, središte crne rupe, pojednostavljeno prikazuje kao točka nulte dimenzije i beskonačne gustoće.

Međutim, novi znanstveni rad, koji će uskoro biti objavljen u časopisu Physical Review D, sugerira da je takav prikaz pogrešan, piše ScienceAlert.

Teorijski fizičari Andrew J. S. Hamilton sa Sveučilišta Colorado Boulder i Tyler McMaken sa Sveučilišta Mary u radu iznose tezu da je singularnost zapravo ravna, trodimenzionalna površina.

"Studentima u šali kažem da crne rupe uvijek prkose mojoj intuiciji", izjavio je Hamilton za ScienceAlert.

"Da, bilo je to iznenađenje. Istodobno, to je objasnilo zašto Schwarzschildova singularnost izgleda ravno."

Od točke do prstena

Unutar crne rupe, prostor se urušava prema singularnosti brzinom većom od svjetlosti. Fizičari su do 1930-ih tu singularnost zamišljali kao točku.

Slika se počela mijenjati 1960-ih, kada su istraživanja Kerrove crne rupe, koja rotira, otkrila da centrifugalno odbijanje usporava urušavanje.

Rezultat je singularnost u obliku prstena, a ne točke. Ipak, za Schwarzschildovu crnu rupu, koja ne rotira, teorija o singularnosti kao točki i dalje je prevladavala. Taj se model zadržao jer ga je jednostavno vizualizirati, podučavati i razumjeti.

Misaoni eksperiment

Hamilton je, međutim, još prije nekoliko desetljeća počeo sumnjati da model točke ne opisuje ispravno fiziku Schwarzschildove crne rupe. Njegove su sumnje potaknula studentska pitanja na uvodnom kolegiju iz astronomije 1998. godine. Tada je izradio vizualizacije pada u crnu rupu prema općoj teoriji relativnosti, a rezultat je bila - površina.

"Izvijestio sam o onome što sam vidio, ali nisam to pokušao objasniti jer nisam razumio", rekao je. "Očito je da smo bili suzdržani. Put do razumijevanja trajao je desetljećima."

Hamilton je shvatio da se odgovor krije u misaonom eksperimentu koji prati dva promatrača dok padaju u istu crnu rupu iz suprotnih smjerova. Pitanje je bilo jednostavno: gdje će završiti? Da je singularnost točka, oba bi promatrača morala stići na isto mjesto. No, Hamilton i McMaken pokazuju da se to prema općoj relativnosti nikada ne može dogoditi. Kako promatrači padaju, zakrivljenost prostor-vremena crne rupe sprječava da svjetlost ili bilo koji drugi signal putuje između njih. Oni postaju trajno uzročno razdvojeni, što znači da jedan ne može utjecati na drugoga niti znati bilo što o njegovim posljednjim trenucima.

Hamilton i McMaken ističu da se promatrači ne mogu susresti u istom događaju u prostor-vremenu ako prije dolaska do singularnosti više ne mogu razmjenjivati informacije. Ta proturječnost nestaje ako je singularnost trodimenzionalna prostorna površina na koju svaki promatrač stiže na različitoj lokaciji.

Ili, kako je to Hamilton formulirao još 2010. godine: "Singularnost nije točka. Umjesto toga, to je trodimenzionalna prostorna granica na kojoj opća relativnost počini samoubojstvo."

Posljedice za kvantnu gravitaciju

Ovaj se rad ne odnosi samo na Schwarzschildove crne rupe. Dugo se smatralo da su prstenaste singularnosti Kerrovih crnih rupa fundamentalno drugačije, no možda te dvije vrste i nisu toliko različite. Autori navode da bi se realistična Kerrova crna rupa urušila u prostornu singularnu površinu na svom unutarnjem horizontu. Time bi njezina singularnost postala sličnija onoj Schwarzschildove crne rupe nego što to prikazuju klasični udžbenici.

To znači da bi ovo istraživanje moglo iz temelja promijeniti način na koji fizičari razmišljaju o singularnostima. Ako je Schwarzschildova singularnost površina, a ne točka, mijenja se matematički okvir u kojem opća relativnost prestaje vrijediti. To ujedno mijenja i polazište za svaku buduću teoriju kvantne gravitacije.

"Kvantna gravitacija je GLAVNO pitanje teorijske fizike, a singularne površine crnih rupa su mjesta gdje se kvantna gravitacija događa u našem svemiru", objasnio je Hamilton.

"Velik dio literature o kvantnoj gravitaciji je apstraktan i odvojen od stvarnosti. Voljeli bismo vidjeti da se znanstvena zajednica razvija u realističnijim smjerovima."

Kvantna gravitacija dugo je tražena teorija koja bi trebala ujediniti Einsteinovu opću relativnost, koja opisuje gravitaciju na kozmičkoj razini, s kvantnom mehanikom, koja upravlja atomskim i subatomskim svijetom. Obje teorije izvrsno funkcioniraju zasebno, ali postaju matematički nespojive u ekstremnim uvjetima unutar crne rupe.

"Visoki cilj moderne teorijske fizike je održiva teorija kvantne gravitacije. Još nismo stigli do nje", rekao je Hamilton. "Nadamo se da možemo ostvariti napredak istraživanjem mjesta na kojima se kvantna gravitacija mora očitovati."

Istraživanje je prihvaćeno za objavu u časopisu Physical Review D.