Pętlowa grawitacja kwantowa – teoria osobliwości

Nasz jedyny  wgląd w zjawiska, która pojawiają się blisko środka czarnej dziury, jest obecnie możliwy dzięki „pętlowej grawitacji kwantowej ” – teorii wykorzystującej mechanikę kwantową do rozszerzenia grawitacji poza ogólną teorię względności Einsteina. Pętlowa grawitacja kwantowa, została wymyślona w  State, a następnie rozwijana przez dużą liczbę naukowców na całym świecie, otwiera nowy paradygmat we współczesnej fizyce. Teoria wyłoniła się jako wiodący kandydat do analizy ekstremalnych zjawisk kosmologicznych i astrofizycznych w częściach wszechświata, takich jak czarne dziury, gdzie równania ogólnej teorii względności przestają być użyteczne.

We wcześniejszych pracach na temat pętlowej grawitacji kwantowej, analizowano kwantowy model Wielkiego Wybuchu. Obecnie dwa nowe artykuły,  autorstwa Abhaya Ashtekara i Javiera Olmedo z Penn State i Parampreet Singh na Louisiana State University, rozszerzają te wyniki na wnętrze czarnej dziury.

W Ogólnej Teorii Względności, która nadzwyczaj dokładnie opisuje grawitację we Wszechświecie, pojawiają czasem drobne niedociągnięcia. Zgodnie z teorią są mianowicie możliwe miejsca, gdzie grawitacja staje się nieskończona a czasoprzestrzeń w nich przestaje istnieć: to właśnie czarne dziury. Wygląda to tak, jakby czasoprzestrzeń miała postrzępioną krawędź, poza którą fizyka nie istnieje. To osobliwe miejsce, w którym kończy się czas i przestrzeń a wraz z nimi znana nam fizyka nazwaliśmy (a jakżeby inaczej) Osobliwością.

Osobliwością jest też Wielki Wybuch, początek całego Wszechświata. Pomyślmy: nie ma sensu pytanie o to co było przed Wielkim Wybuchem, gdyż nie istniał czas, nie było więc żadnego przed. Nie ma też sensu pytanie gdzie nastąpił Wielki Wybuch, bo nie było jeszcze przestrzeni, w której można by go umiejscowić.

Fizycy nie lubią nieskończoności. Nie dopuszczają oni rozwiązań w których masa lub gęstość są nieskończone. A tak właśnie dzieje się w czarnych dziurach – przynajmniej tak wynika z  Ogólnej Teorii Względności. Potrzeba czegoś więcej. Tym czymś jest teoria kwantów. W końcu nawet Einstein zgodził się, że ograniczenie Ogólnej Teorii Względności wynika z ignorowania mechaniki kwantowej.

Podstawą grawitacji kwantowej pętli jest odkrycie Einsteina, że ​​geometria czasoprzestrzeni nie jest tylko sceną, na której rozgrywają się zdarzenia kosmologiczne, ale sama jest fizyczną jednostką, która może być zaginana. Jako fizyczny byt, czasoprzestrzeń składa się z pewnych podstawowych jednostek, podobnie jak materia składa się z atomów. Te jednostki – kwantowe wzbudzenia – są o rząd wielkości mniejsze niż odchylenia geometrii czasoprzestrzeni, które możemy wykryć przy użyciu dzisiejszej techniki. Na szczęście mamy precyzyjne równania kwantowe, które przewidują zachowanie tych wzbudzeń, a jedno z najlepszych miejsc do szukania efektów związanych znajduje się w centrum czarnej dziury.

Zgodnie z ogólną teorią względności, w centrum czarnej dziury grawitacja staje się nieskończona, więc wszystko, co się dzieje, włącznie z informacjami potrzebnymi do odtworzenia historii cząstek wpadających do czarnej dziury, zostaje utracone. Prowadzi to do słynnego „paradoksu informacyjnego”, z którym fizycy teoretycy zmagają się od ponad 40 lat. Jednak kwantowe poprawki pętlowej grawitacji kwantowej pozwalają na powstanie siły odpychającej, która może powstrzymać nawet najsilniejsze przyciąganie klasycznej grawitacji, a zatem fizyka może nadal istnieć w gęstym środowisku czarnej dziury. Można zatem wykazać, że nie ma utraty informacji w centrum czarnej dziury.

Co ciekawe, nawet jeśli pętla grawitacji kwantowej nadal działa tam, gdzie nie ma już sensu ogólna teoria względności – w osobliwościach czarnych dziur, w Wielkim  Wybuchu – jej przewidywania są zgodne z ogólną teorią względności w mniej ekstremalnych okolicznościach, z dala od osobliwości. Ten właśnie fakt  czyni pętlową grawitację kwantową teorią przez wielkie T.

 

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Dodaj komentarz