Găurile negre sunt holograme?

Găurile negre rezumă cât de puțin știm cu adevărat despre Univers. Nu le putem vedea pentru că nici măcar lumina nu poate scăpa de atracţia lor gravitațională, nu ştim din ce sunt făcute și nu ştim nici ce se întâmplă cu materia care a căzut în interiorul lor, atunci când acestea dispar.

Fizicienii nu ştiu nici măcar care este forma găurilor negre, dacă acestea sunt obiecte tridimensionale sau suprafețe bidimensionale care sunt proiectate în spaţiul 3D, la fel ca o hologramă.

Într-un nou studiu fizicienii au calculat entropia găurilor negre şi au descoperit noi indicii care susţin ipoteza că găurile negre sunt doar nişte holograme, adevărate iluzii optice.

Găurile negre sunt holograme? Credit: Interstellar/Paramount Pictures

Ce înseamnă însă ipoteza holografică? Aceasta a fost propusă de fizicianul Leonard Susskind în anii 1990 şi ea prezice că, matematic vorbind, Universul are nevoie de doar două dimensiuni spaţiale şi nu de trei pentru ca legile fizicii, printre care și gravitaţia, să funcţioneze. Astfel, Universul pare tridimensional datorită unor procese bidimensionale care sunt proiectate pe un imens orizont cosmic.

Chiar dacă această ipoteză pare foarte ciudată, pe baza acesteia s-ar putea rezolva unele contradicții între teoria relativității a lui Einstein și mecanica cuantică, aşa cum ar fi, de exemplu, paradoxul informaţiei: „nimic nu poate scăpa dintr-o gaură neagră, dar materia nu poate fi distrusă complet”.

Fizicienii au sugerat că nu ne putem da seama ce se întâmplă cu materia care ajunge în interiorul unei găuri negre deoarece nu există niciun „interior”. În schimb, tot ceea ce trece de marginea orizontului evenimentului unei găuri negre rămâne prins în fluctuațiile gravitaționale de la suprafaţa acesteia.

O echipă de fizicieni, condusă de fizicianul Daniele Pranzetti de la Max Planck Institute for Theoretical Physics din Germania, a obţinut o nouă estimare pentru entropia unei găuri negre, iar calculele susțin ipoteza holografică.

„Noi am realizat un model mai complet în comparație cu ceea ce s-a făcut în trecut… și am obținut un rezultat mult mai realist”, afirmă Pranzetti.

„Acest lucru ne-a permis să rezolvăm mai multe probleme care au afectat calculele anterioare”, adaugă Pranzetti.

Cercetătorii s-au concentrat asupra entropiei, o proprietate fizică care descrie gradul de dezordine dintr-un sistem. În trecut Stephen Hawking a sugerat că entropia unei găuri negre trebuie să fie proporțională cu suprafața sa, dar nu și cu volumul său, iar această idee este cea care a condus ulterior la ipoteza găurilor negre holografice.

„Deși există un consens în comunitatea științifică cu privire la faptul că găurile negre trebuie să aibă entropie, altfel existența lor ar încălca a doua lege a termodinamicii, nu s-a ajuns la un acord cu privire la originea entropiei sau cum se calculează valoarea acesteia”, explică Joanne Canisa pentru Science Explorer.

Pranzetti şi colegii săi au folosit teoria gravitaţiei cuantice cu bucle (LQG-Loop Quantum Gravity) pentru a explica un concept cunoscut sub numele de gravitaţie cuantică.

În fizica teoretică, gravitația cuantică încearcă să descrie forța de gravitație în conformitate cu principiile mecanicii cuantice și prezice că țesătura spațiului-timp este alcătuită din cuante – „atomii” spațiului-timp.

Mai multe cuante formează un condensat, iar fizicienii au constatat că la fel cum atomii formează molecule de apă, cuantele care formează condensatul unei găuri negre ar avea toate aceleași proprietăți și acelaşi comportament, iar efectul lor gravitațional ar putea fi determinat prin studierea proprietăților unei singure cuante.

Deşi noi nu putem vedea sau măsura ce se află dincolo de orizontul unei găuri negre, deci nu putem cunoaşte entropia acesteia, proprietățile colective ale tuturor „atomilor săi pot fi determinate măsurând un singur „atom”.

„La fel cum fluidele par continue, în ciuda faptului că acestea sunt formate dintr-un număr foarte mare de atomi, în gravitația cuantică atomii fundamentali ai spațiului formează, în mod similar, un fel de fluid care este continuumul spațiu-timp”, explică fizicienii într-un comunicat de presă.

„O geometrie continuă și omogenă (cum ar fi cea a unei găuri negre având o simetrie sferică) poate fi descrisă ca un condensat”.

Ce înseamnă acest lucru pentru ipoteza găurilor negre holografice? Gândiţi-vă la o gaură neagră ca la un coș de baschet tridimensional. Inelul este orizontul evenimentului, iar plasa este gaura în care toată materia cade și dispare. Împingeţi în sus acea plasă până în interiorul inelului pentru a obţine un cerc plat, bidimensional și apoi imaginați-vă că totul este format din apă. Acum orice măsurați în inel poate fi aplicat la ceea ce se află în plasă.

Pranzetti și echipa sa de fizicieni au creat astfel un model pentru a arăta că aspectul tridimensional al găurilor negre ar putea fi doar o iluzie. Toate informațiile dintr-o gaură neagră ar putea fi, teoretic, conținute pe o suprafață cu două dimensiuni, fără a fi nevoie de o „gaură” reală sau de un interior.

Modelul fizicienilor a fost descris în Physical Review Letters.

Sursă: Science Alert