O analiză a găurilor negre ar putea crea o teorie nouă, care să unească teoria relativității și teoria fizicii cuantice

Pentru mai bine de un secol, domeniul fizicii cuantice și teoria generală a relativității au susținut concepte și idei distincte, iar această discrepanță părea să transmită că cele două nu vor împărtăși niciodată un model similar.  

O cercetare desfășurată de publicația Societății Americane de Fizică – Physical Review Letters (PRL) – arată o demonstrație matematică privind natura cuantică a găurilor negre.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Aceasta ar putea să ne arate cum se pot împăca cele două teorii, cel puțin suficient de mult încât să producă o nouă teorie despre cum funcționează Universul la scară cosmică și microcosmică. 

Ciudățenia găurilor negre, din perspectiva fizicii cuantice 

O echipă de fizicieni a demonstrat matematic un fapt bizar privind modul în care găurile negre, de o densitate uluitoare, ar putea exista într-o stare de superpoziție cuantică, ocupând simultan un spectru de caracteristici posibile. 

Calculele fizicienilor au arătat că superpozițiile de masă, într-un model teoretic de gaură neagră numit gaura neagră BTZ, ocupă simultan benzi de mase surprinzător de diferite. 

În mod normal, orice particulă obișnuită poate exista într-o superpoziție de stări, cu caracteristici precum spinul sau impulsul, determinate doar după ce au devenit parte a unei observații. 

În timp ce unele calități, cum ar fi sarcina, se prezintă doar în unități discrete, masa nu este de obicei cuantificată, ceea ce înseamnă că masa unei particule neobservate poate fi situată oriunde într-un interval de posibilități, potrivit Science Alert.

Superpoziția de mase a unei găuri negre, precursoare îmbinării fizicii cuantice cu teoria relativității 

Cu toate acestea, după cum arată această cercetare, superpoziția de mase deținute de o gaură neagră tinde să favorizeze unele măsuri în detrimentul altora, într-un model care ar putea fi util pentru modelarea masei în mod cuantificat. Acest lucru ne-ar putea oferi un nou cadru pentru sondarea efectelor cuantico-gravitaționale ale găurilor negre în superpoziție, pentru a atenua tensiunea dintre relativitatea generală și teoria cuantică. 

„Până acum, nu am investigat în profunzime dacă găurile negre prezintă unele dintre comportamentele ciudate și minunate ale fizicii cuantice. Unul dintre aceste comportamente este superpoziția, unde particulele la scară cuantică pot exista în mai multe stări în același timp. Acest lucru este ilustrat cel mai frecvent de pisica lui Schrödinger, care poate fi în același timp moartă și vie. Dar, în cazul găurilor negre, am vrut să vedem dacă acestea pot avea mase extrem de diferite în același timp, și se pare că da. Imaginați-vă că sunteți atât lat și înalt, cât și scund și slab, în același timp. Este o situație care este intuitiv confuză, deoarece suntem ancorați în lumea fizicii tradiționale. Dar aceasta este realitatea pentru găurile negre cuantice”, explică fizicianul Joshua Foo de la Universitatea Queensland din Australia. 

Modelele bazate pe anumite tipuri de găuri negre ar putea duce la concretizarea unei singure teorii 

Gravitația extremă din jurul găurilor negre constituie un laborator excelent pentru a studia gravitația cuantică – continuumul de spațiu-timp care se deplasează în conformitate cu teoria generală a relativității, combinată cu teoria mecanicii cuantice, care descrie universul fizic în termeni de cantități discrete, cum ar fi particulele. 

Modelele bazate pe anumite tipuri de găuri negre ar putea duce la o singură teorie care ar putea explica particulele și gravitația. Unele dintre efectele observate în jurul unei găuri negre nu pot fi descrise în cadrul relativității generale, de exemplu. Pentru aceasta, avem nevoie de gravitația cuantică – o teorie unificată care să încorporeze ambele seturi de reguli și să le facă cumva să se joace frumos. 

Masa a fost principala proprietate cercetată, deoarece masa este una dintre singurele proprietăți ale găurilor negre pe care o putem măsura. 

„Lucrarea noastră arată că teoriile foarte timpurii ale lui Jacob Bekenstein – un fizician teoretician american și israelian care a adus contribuții fundamentale la baza termodinamicii găurilor negre – erau corecte”, spune fizicianul cuantic Magdalena Zych de la Universitatea din Queensland. 

Rezultatele, spun cercetătorii, oferă o cale pentru investigarea viitoare a conceptelor de gravitație cuantică, cum ar fi găurile negre cuantice și spațiul-timp suprapus. Pentru a dezvolta o descriere completă a gravitației cuantice, includerea acestor concepte este crucială. 

Vă mai recomandăm și:

Un profesor din China susține că a infirmat teoria relativității: „Einstein ne-a indus în eroare”

O descoperire în fizica cuantică revoluționează noua generație de dispozitive electronice

Teoria relativității, confirmată încă o dată prin numărarea galaxiilor

O schimbare în fizica Universului ar fi omorât dinozaurii. Gravitația, „vinovată“ de evenimentul de extincție?