211service.com
Hur man förstör ett svart hål
Idén om en kropp så massiv att dess utrymningshastighet överstiger ljusets hastighet går tillbaka till den engelska geologen John Michell som först övervägde den 1783. I hans scenario skulle en ljusstråle förflyttas bort från den massiva kroppen tills den nådde ett viss höjd och återvände sedan till ytan.
Modernt tänkande om svarta hål är något annorlunda, inte minst för att den speciella relativitetsteorien säger oss att ljusets hastighet är en universell konstant. Det kritiska koncept som fysiker fokuserar på idag är händelsehorisonten: en teoretisk gräns i rymden genom vilken ljus och andra objekt kan passera i en riktning men inte i den andra. Eftersom ljus inte kan fly är händelsehorisonten det som gör ett svart hål svart.
Händelsehorisonten är något av en besvikelse för många astrofysiker eftersom den intressanta fysiken, saker bortom universums kända lagar, allt förekommer inuti det och därför är dolt för oss.
Vad fysiker därför skulle vilja är ett sätt att bli av med händelsehorisonten och utsätta det inre arbetet för ordentlig granskning. Att göra detta skulle förstöra det svarta hålet men avslöja något mycket mer bisarrt och exotiskt.
Idag förklarar Ted Jacobson vid University of Maryland och Thomas Sotiriou och University of Cambridge hur detta kan göras i en underhållande och anmärkningsvärt tillgänglig redogörelse för utmaningen.
I allmän relativitetsteori är det matematiska villkoret för existensen av ett svart hål med en händelsehorisont enkelt. Den ges av följande olikhet: M^2 > (J/M)^2 + Q^2, där M är massan av det svarta hålet, J är dess rörelsemängd och Q är dess laddning.
Att bli av med händelsehorisonten är helt enkelt en fråga om att öka vinkelmomentet och/eller laddningen för detta objekt tills ojämlikheten vänds. När det händer försvinner händelsehorisonten och det exotiska föremålet under dyker upp.
Vid första anblicken verkar det enkelt. Ojämlikheten tyder på att för att förstöra ett svart hål, allt du behöver göra är att mata det vinkelmoment och ladda.
Men det döljer en mängd problem. Till att börja med tenderar saker med rörelsemängd och laddning också att ha massa. Och i alla fall beskriver ekvationen ovan ett steady state. Att mata ett svart hål skapar ett dynamiskt tillstånd och det finns ingen garanti för att objektet kommer att sätta sig tillbaka till ett stabilt tillstånd igen utan att tappa rörelsemängden och laddningen som det har matats.
Faktum är att beräkningarna är så jäkla att de har trotsat alla försök att tämja dem. I dagsläget vet ingen vad det skulle göra, säger Jacobson och Sotiriou.
Vad skulle ett svart hål utan sin händelsehorisont avslöja? Det är där fysiken blir filosofisk. Matematiken här indikerar att rumtiden blir oändligt krökt, vilket skapar vad astrofysiker kallar en singularitet.
För vilken vanlig fysiker som helst är en singularitet en indikation på att en teori har gått sönder och det behövs någon ny teori för att beskriva vad som pågår. Det är en principfråga att singulariteter är matematiska objekt, inte fysiska och att varje 'hål' de föreslår inte existerar i universums struktur utan i vår förståelse av det.
Astrofysiker är olika. De har en sådan extraordinär tilltro till sina teorier att de tror att singulariteter faktiskt existerar inuti svarta hål. Sådana som Roger Penrose och Stephen Hawking har till och med bevisat att singulariteter är oundvikliga vid gravitationskollaps.
För dem, tar bort händelsehorisonten runt ett svart hål en spännande möjlighet att avslöja en singularitet i all sin nakna glans. När det händer kommer vi att kunna blicka ut i oändligheten.
Det verkar konstigt.
Att förstöra ett svart hål på detta sätt kommer definitivt att avslöja ny fysik. Men vad detta än kan vara kommer att förbli väl dolt tills vi har en teori som bättre beskriver vad som händer i sådana extremer. Eller tills vi ser ett av dessa föremål någonstans på natthimlen.
Ref: arxiv.org/abs/1006.1764 : Förstör svarta hål med testkroppar