Hawking bir keresinde evrende çıplak tekillik olmadığına dair bir iddiaya girmişti, sonuç nedir?
Ne tür bir evren olursa olsun, kuantum yerçekimi ile ilgili ipuçları olduğu sürece, fizikçiler bilgiye susamış olacaklardır.
Yıllardır fizik dünyasını rahatsız eden bir soru var: Kuantum yerçekiminin gizemlerini ortaya çıkaracak olan sonsuz yoğun tekilliğin kara deliğin dışında var olup olamayacağı.
Tekillik, Einstein'ın klasik yerçekimi kuramının çöktüğü ve bilinmeyen kuantum kütleçekimi kuramının geliştirilmeye devam ettiği, pürüzsüz uzay-zamanda bir aykırı değerdir. Kara deliğin olay ufkunun arkasına saklanarak her zaman karanlıkta örtülmüş gibi görünüyor. 1969'da İngiliz fizikçi ve matematikçi Sir Roger Penrose, bir tür "kozmik sansürün" varlığından dolayı, evrende "görünür" çıplak tekilliklerin "oluşamayacağını tahmin etti.
Ama neden kuantum yerçekimi otosansörü yapmalı?
Şimdi, yeni teorik hesaplamalar çıplak tekilliğin neden var olmadığını açıklayabilir - en azından belirli bir model evrende değil. Bu hesaplamalar, yerçekimiyle ilgili başka bir yeni varsayım doğruysa, bu model evrende çıplak tekilliğin oluşamayacağını ve sonuç olarak Penrose'un kozmik inceleme varsayımının daha da pekişeceğini göstermektedir. Bazı uzmanlar, iki varsayımın karşılıklı olarak doğrulanması göz önüne alındığında, her ikisinin de doğru olma ihtimalinin daha yüksek olduğunu söyledi. Bu, sonbahar suyuna baktığınız sürece tekilliğin ancak kara delikte gizlenebileceği anlamına gelecektir, ancak kuantum kütleçekimi teorisinin bilinmeyen önemli bir özelliği de su yüzüne çıkacaktır.
California Teknoloji Enstitüsü'nden John Preskill, "iki hipotez arasındaki bağlantının tatmin edici" olduğunu söyledi. 1991'de Stephen Hawking ile evren sansürü varsayımının başarısızlık.
Bu yılın Mayıs ayında, "Physics Review Letters" yeni araştırmayı bildirdi. Harvard Üniversitesi'nden Cumrun Vafa'nın önemli noktalarına dayanarak, Cambridge Üniversitesi'nden Jorge Santos ve öğrenci Toby Crisford simülasyonlar gerçekleştirdi ve beklenmedik bir şekilde evreni gözden geçirdi 2006 zayıf yerçekimi varsayımıyla bağlantılı. Zayıf yerçekimi varsayımı, bağımsız olarak işleyen herhangi bir evrende, yerçekiminin her zaman, tıpkı evrenimizdeki gibi en zayıf kuvvet olması gerektiğini varsayar. (Dört temel kuvvetten yerçekimi en zayıfıdır, diğer üçünden çok daha zayıftır.) Santos ve Chrisford, evrenin uzay-zaman geometrisi olan dört boyutlu bir evrende çıplak tekilliklerin oluşumunu simüle etti. Yapı bizim evrenimizden farklı. O evrende, yerçekiminin parçacıklara etki etmekten daha güçlü başka bir kuvvet olduğu sürece, tekilliğin kara deliklerle çevreleneceğini buldular. Başka bir deyişle, uzay-zaman yapısında görünür bir tekillik oluşmuş olabilir, ancak "yerçekiminin en zayıf kuvvet olması" koşulu, bu kadar çıplak bir tekilliğin oluşmasını engeller.
1978'de Roger Penrose, Berkeley'deki California Üniversitesi'ndeydi.
Şu anda, Santos ve Chrisford daha önceki hesaplamaların sonuçlarını test etmek için simülasyon deneyleri yapıyorlar. Yerçekimi model evrendeki en zayıf kuvvet olduğunda kozmik inceleme varsayımının geçerli olup olmadığını bilmek istiyorlar. Daha prestijli kozmik sansür varsayımı ile işbirliği yapabilirsek, zayıf yerçekimi varsayımının geleceği çok parlak olacaktır. Zayıf yerçekimi varsayımı doğruysa, yerçekimi ile diğer kuantum kuvvetleri arasındaki derin bağlantıyı ortaya çıkaracak, böylece sicim teorisini destekleyecek ve tit-to-tat döngü kuantum yerçekimi teorisine karşı çarpıcı olacaktır. Sicim teorisi, yerçekiminin, elektromanyetik kuvvetin ve diğer kuvvetlerin sicimin farklı titreşim modları olduğuna ve çeşitli kuvvetlerin doğal olarak "birleşik" olduğuna inanır. Ancak döngü kuantum yerçekimi teorisinde, kuvvetlerin birliği o kadar açık değildir. Bu teoriye göre, uzay-zaman, diğer parçacıklar ve kuvvetlerle doğrudan ilişkili olmayan, nicelleştirilmiş minyatür bir hacim paketidir. İleri Araştırma Enstitüsü'nden Profesör Nima Arkani-Hamed, "Zayıf yerçekimi varsayımı doğruysa, döngü kuantum yerçekimi yanlış olmalıdır." Dedi. Zayıf yerçekimi varsayımını ortaya koymaya katıldı.
Santa Barbara'daki California Üniversitesi'nden teorik fizikçi Gary Horowitz, "Yeni araştırma kuantum yerçekimi hakkında bir şeyler ortaya çıkarıyor." Dedi.
Çıplak tekillik
1991 yılında, California Teknoloji Enstitüsü'nde iki teorik fizikçi olarak, Preskill ve Kip Thorne (Kip Thorne) Hawking'i ziyaret etmek için Cambridge'e gitti. O zamanlar Hawking, Einstein'ın denkleminde kapsanan olasılıkları keşfetmek için onlarca yıl harcamıştı. Bu denklem, uzay-zamanın maddenin önünde nasıl büküldüğünü ve böylece yerçekimi oluşturduğunu tanımlar. Penrose ve diğerleri gibi, Hawking, evrendeki çıplak tekilliğin oluşum mekanizmasını henüz keşfetmedi. Tekillik her zaman kara deliğin merkezindedir - bu uzay-zaman deliği o kadar derindir ki, ondan hiçbir ışık kaçamaz. Hawking, iki ziyaretçiye kozmik sansür varsayımına inandığını söyledi. Kuantum yerçekimi ve kara delikler alanındaki uzmanlar olarak (Thorn, LIGO kara delik tespit deneyini kuran üç fizikçiden biridir), Preskill ve Thorn çıplak tekillikleri ve kuantum yerçekimi etkilerini tespit etmenin mümkün olabileceğini söyledi. . Preskill sahneyi hatırladı, "Uzun bir sessizliğin ardından Hawking," Bahse girmek ister misin? "Dedi.
Bahis, belirli bir teknik ayrıntıya dayanmalıdır ve ilk belirsiz istisnadan sonra, bunu 1997'de yeniden müzakere ettiler. British Columbia Üniversitesi'nden fizikçi Matt Choptuik, Einstein'ın teorisini incelemek için sayısal simülasyon kullandı. Başlangıç koşulları uygun şekilde ayarlanırsa, içinde yaşadığımız dört boyutlu evrende çıplak tekilliklerin de oluşabileceğini kanıtladı. Ancak ilk veriler küçük bir sapma gösterirse çıplak tekillik oluşamaz - çevresinde bir kara delik oluşacak ve çevresi incelenecektir. Bu istisna, Penroseun kozmik sansür varsayımını tersine çevirmez, çünkü çıplak tekilliklerin gerçekten oluşabileceği anlamına gelmez.
Buna rağmen Hawking, bahsi gerektiği gibi bıraktı ve ödedi ve ayrıca "kazanana çıplak vücudunu örtecek kıyafetler" sağladı. Preskill için kıyafet sağladı, ancak kıyafetlerin üzerindeki desen neredeyse çıplaktı. Kadın. Bu tür kıyafetleri giyen Preskill, California Teknoloji Enstitüsü'ndeydi ve 1000 kişiyle konuşuyordu ve bu onu son derece utandırdı. Giysiler "itiraf sözleriyle işlenmeli", ancak Hawking'in cümlesi daha çok bir provokasyon gibidir: "Doğa çıplak tekilliklerden nefret eder."
İnternette yeni bir bahis içeriği turu yayınladılar ve yalnızca evrenin sansürüne özel olmayan karşı örneklerin sayılabileceğini söylediler. Bu sefer bir anlaşmaya vardılar: "Giysiler uygun şekilde işlenmeli ve yenilgiyi içtenlikle kabul etmelidir."
Bugün, 20 yıl sonra, bahsin sonucu hala kararsız, ancak birkaç kez neredeyse kazandı. 2010 yılında, fizikçiler Frans Pretorius ve Luis Lehner, beş veya daha fazla boyuttan oluşan varsayımsal bir evrende çıplak tekillik mekanizmasını keşfettiler. Bu yılın Mayıs ayında yayınlanan bir makalede, Santos ve Chrisford çıplak tekilliklerin klasik bir dört boyutlu uzay-zaman evreninde (içinde yaşadığımız evren gibi) var olabileceğini, ancak evrenin geometrik yapısının Evrenimiz tamamen farklı. Horowitz, bu son çıplak tekilliğin "1990'ların" teknik "karşı örnekleri ile gerçek karşı örnekler arasındadır" dedi. Preskill ayrıca bahsin sonucu söylemediğine inanıyor. Ancak, bu keşif statükoyu değiştirdi.
2014'te insanlar yavaş yavaş yeni keşifler yaptılar. O sırada Horowitz, Santos ve Benson Way (Benson Way), teneke kutuya benzer bir uzay-zaman geometrisine sahip "anti-de Sitter uzay" adlı bir simülasyonda keşfetti. Dört boyutlu evrende çıplak tekillikler var olabilir. Bu evrenin bir sınırı vardır - teneke kutu gövdesi. Bu nedenle, kuantum yerçekimi hakkındaki çeşitli varsayımları kolayca doğrulamak için kullanılabilir: teneke kutunun içindeki kavisli uzay-zaman, fizikçiler onu teneke kutu yüzeyi olarak kullanabilir. (Yüzeyde yerçekimi yok) holografik projeksiyon yansıtıldı. Ve evrenimiz de Sitter'in geometrik yapısına daha çok benziyor ve onun tek sınırı sonsuz gelecek, yani zamanın sonudur. Ebedi sonsuzluk iyi bir yüzey olarak hizmet edemez ve yaşayan evrenin holografik bir projeksiyonunu yansıtmak zordur.
Farklılıklar olsa da anti-de Sitter evreni ve De Sitter evreninin içi, Einstein'ın geleneksel kütleçekim teorisini takip ediyor - elbette tekillikler dışlanmalı. Bazı uzmanlar, kozmik sansür varsayımı evrenlerden birinde kurulursa, her iki evrende aynı anda kurulabileceğini iddia ediyor.
Horowitz, Santos ve Weil şu soruyu inceledi: Anti-de Sitter evreninde, elektrik ve yerçekimi alanları aynı anda var olduğunda ne olacak? Hesaplamaları, teneke kutunun yüzeyindeki elektrik alan kuvveti arttığında, uzay-zamanın içeride karşılık gelen bir nokta etrafında büküleceğini ve bükülmenin giderek daha büyük hale geleceğini ve sonunda çıplak bir tekillik oluşturacağını gösteriyor. Yakın tarihli bir makalede, Santos ve Chrisford daha önceki hesaplamaları doğrulamak için sayısal simülasyonlar kullandılar.
Peki, geometrik yapıları değişmiş beş boyutlu ve dört boyutlu evrenlerde çıplak tekillikler neden var olabilirken bizimki gibi dört boyutlu bir evrende var olamaz? Santos, "Bu nasıl olabilir?" Dedi, "Bu çok tuhaf, çalışmaya değer, içinde ünlü bir şey olmalı."
Zayıf yerçekimi kurtarmaya geliyor
2015 yılında Harvard Üniversitesi'nin sicim kuramcısı ve kuantum kütleçekimi kuramcısı Kalu Wafa, Horowitz'in ofisinin yanından geçti ve ona dört boyutlu anti-de Sitter uzayındaki çıplak tekilliklerin kanıtlarından bahsetti. Sicim teorisi 10 ila 500 farklı evren olabileceğini varsayar ve Wafa her zaman bu olasılıkların çoğunu ortadan kaldırmaya çalışmıştır. Yaklaşımı, içinde "bataklık" bulmaktır: mantıksal tutarlılığı var olamayacak kadar zayıf olan bir evren. Kara ve bataklık dağılımını anlayarak, kuantum yerçekiminin genel bir haritasını çıkarmayı umuyor.
2006 yılında Wafa, Arkani-Hamed, Lubo Motl ve Alberto Nicolis ile birlikte "zayıf yerçekimi varsayımını" öne sürdü. Marshland testi ". Evrenin ancak parçacık üzerinde yerçekiminin parçacık üzerindeki etkisini aşan bir etkiye sahip olması durumunda işleyebileceğini buldular. Diğer güçler çok zayıfsa, nedenselliğin ihlali gibi birçok sorun ortaya çıkacaktır. Alkany Hamid, "'Yerçekimi en zayıf güçtür' ilkesi ihlal edildiğinde, çeşitli sorunlar hemen ortaya çıkacaktır." Dedi. Kuantum yerçekiminin geniş topraklarında, zayıf yerçekimi durumu, geniş bir alanı bataklık haline getirir.
Santos (solda) ve Cambridge Üniversitesi'nden Chris Ford. İki yerçekimi varsayımı arasında beklenmedik bir bağlantı keşfettiler.
Zayıf yerçekimi ve kozmik sansür farklı şeyleri tarif ediyor gibi görünüyor, ancak o gün 2015'te Wafa, Horowitz ile sohbet ederken ikisinin birbiriyle ilişkili olabileceğini fark etti. Horowitz, Santos ve Chrisford'un simüle edilmiş çıplak tekilliğini açıkladı: Araştırmacılar, teneke kutunun sınırındaki elektrik alan gücünü artırdıklarında, teneke kutunun iç kısmının, kuantumda parçacık içermeyen, tamamen pürüzsüz bir klasik evren olduğunu kabul ettiler. Mekaniğin biçimi zaman zaman ortaya çıkar ve kaybolur. Ancak Wafar, zayıf yerçekimi varsayımına göre, bu tür parçacıklar varsa, bunların elektrik alanla eşleşmelerinin, yerçekimi alanıyla eşleşmelerinden daha güçlü olacağını düşündü. Bölgede kütleçekimsel çöküşe neden olacak ve bir kara deliğe dönüşecek kadar yeterli parçacık üretilecek ve böylece çıplak tekilliklerin oluşması önlenecektir.
O zamandan beri Santos ve Chrisfordun hesaplamaları Wafanın sezgisini doğruladı: Yaptıkları simülasyon deneyleri, yerçekiminin en zayıf kuvvet olduğu anda çıplak tekilliğin kara deliklerle çevrili olduğunu doğruladı. "Sebebini tam olarak bilmiyoruz, ancak durum böyle görünüyor," dedi Wafa, "İki varsayım birbirini tamamlıyor."
Kuantum yerçekimi
Bu yeni araştırmanın etkisinin ortaya çıkması biraz zaman alacak ve iki varsayım tam olarak ortaya çıkacaktır. Kozmolojik inceleme varsayımına göre, kara deliğin merkezine kuantum yerçekimi uygulanıyor ve evrendeki diğer her şeye klasik yerçekimi uygulanıyor ve bu ikisi arasında ani bir kopukluk yaratıyor. Zayıf yerçekimi varsayımı, kuantum yerçekimini evrenin parçacıklarına hakim olan diğer kuantum kuvvetleriyle birleştirerek bu kopukluğun köprüsünü kurmuş gibi görünüyor ve "döngü" teorisinden ziyade "sicim" teorisine daha meyilli olabilir. Preskill, "Neden 'güçlerin birliğine' inandığınızı açıklayan bir dizi argüman veya neden listelemek istiyorsanız, bu makaleyi yazmalısınız."
Ancak, döngü kuantum yerçekimi teorisinin savunucularından biri olarak, Perimeter Enstitüsü'nden Lee Smolin buna karşı çıktı. Zayıf yerçekimi varsayımı doğruysa, döngü kuantum yerçekimi teorisinin desteğinden de ayrılamayacağına işaret etti. Teorisinin "kuvvetlerin birleşmesi" ni de gerçekleştirebileceğini söyledi.Zayıf yerçekimi varsayımı kurulursa, "kuvvetlerin birleşmesi" ni gerçekleştirmek için döngü kuantum yerçekimi teorisinin nasıl kullanılacağı, keşfetmek için daha fazla çaba gerektirir.
Bizim evrenimizde çıplak bir tekillik yok gibi görünüyor, bu nedenle, ne tür bir evren olursa olsun, kuantum yerçekiminin ipuçları olduğu sürece, fizikçiler buna hevesli olacaklar. Kuantum yerçekimi teorisinin engin dünyasında, 1990'larda olduğu kadar şaşkınlar. İçinde yaşadığımız evreni doğru bir şekilde tanımlayabilecek teorinin doğruluğunu doğrulamak için kullanılabilecek hayali bir deney yok. "Öyleyse, ilk görev evrensel özellikleri bulmaktır - bu kuantum yerçekimi teorilerinin evrensel özelliklere sahip olması gerekir." Santos dedi, bu aynı zamanda "bataklık" konseptinin somutlaşmış hali.
Zayıf yerçekimi çok evrensel bir özellik olabilir - kuantum yerçekiminin kara deliğin dışındaki evrene de uygulanması için gerekli bir koşul. Bunlar, bilim adamlarının karanlıkta el yordamıyla girerken güvenebilecekleri tek ipucu olabilir.
Çeviri: Kaz
Kaynak: Kablolu
Oluşturuldu: En yaratıcı fikirleri keşfetmek için tiyatro tarzı çevrimdışı konuşma platformu
