Nejasna lopta

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Teoretisane nejasne lopte, kao klasične crne rupe, izobličavaju prostor-vreme i prelamaju svetlost. Ovde, ivica centralne tamne tačke, horizont događaja, opisuje ne samo prag gde se brzina bega izjednačava sa brzinom svetlosti, ali takođe i fizičku površinu nejasne lopte.

Nejasne lopte su teoretisane od strane naučnika koji se vode teorijom superstruna kao pravi kvantni opis crnih rupa. Ova teorija rešava dva tvrdoglava problema koje klasične crne rupe postavljaju modernim fizičarima:

  1. Informacijski paradoks crnih rupa u čemu je kvantna informacija vezana materijom koja propada i energija potpuno nestaje u singularitetu; to jeste, crna rupa ne bi doživela nikakve fizičke promene u svojoj kompoziciji bez obzira na prirodu onoga što je upalo u nju.
  2. Singularitet u centru crne rupe, gde konvencionalna teorija o crnim rupama tvrdi da postoji neograničeno zakrivljenje prostor-vremena zbog neodređeno jakog gravitacionog polja regiona sa nula volumenom. Moderna fizika nije upotrebljiva kada su takvi parametri beskonačni ili ravni nuli.[1]

Teorija nejasnih lopti zamenjuje singularitet u srcu crne rupe postavljanjem teorije da je ceo region unutar horizonta događaja crne rupe u stvari lopta sačinjena od fizičke strune, koji su unapređeni u gradivne blokove materije i energije. Za strune se smatra da su grudve energije koje vibriraju na kompleksne načine u tri fizičke prostorne dimenzije kao i u kompaktnim pravcima - dodadne dimenzije isprepletene u kvantnoj peni.

Fizičke karakteristike[uredi | uredi izvor]

U nekim vrstama teorija superstruna—koje čine osnovu teorije o postojanju nejasnih lopti—za dodatne prostor-vremenske dimenzije se smatra da uzimaju oblik šestodimenzionalne Kalabi-Ju mnogostrukosti.

Samir Matur sa Univerziteta u Ohaju, zajedno sa Olegom Luninom, je putem dva istraživačka rada iz 2002. godine predložio da su crne rupe u stvari sfere struna sa određenom veličinom; one nisu singularitet, što klasični stav smatra da su bezdimnzione, da joj tačka volumena zauzima vrednost nule ka kojoj je koncentrisana potpuna masa crne rupe.[2][3]

Teorija struna tvrdi da fundamentalni sastojci subatomskih čestica, među koje spadaju nosači sile, leptoni, fotoni i gluoni, a svi se sastoje iz jednodimenzionalne strune energije koje zauzima svoju gustinu vibrirajući u različitim vidovima i na različitim frekvencijama. Vrlo neobičan pogled na crne rupe kao što je singularitet, malu nejasnu loptu smatra vrlo gustom neutronskom zvezdom u kojoj su se neutroni razložili, ili “otopili,” oslobađajući kvarkove (strune, po teoriji struna) koji je sačinjavaju. Prema tome, nejasne lopte se mogu smatrati najekstremnijim oblikom degenerisane materije.

Pošto je horizont događaja klasične crne rupe smatran vrlo dobro definisanim i jasnim, Matur i Lunin su dalje proračunali da bi horizont događaja jedne nejasne lopte, na vrlo maloj razmeri (verovatno prema nekoliko Plankovih dužina),[4] bio vrlo sličan magli: nejasan, te je po tome i nazvan "nejasna lopta". Takođe su otkrili i da bi fizička površina nejasne lopte imala prečnik horizonta događaja klasične crne rupe; za oba, Švarzčild radijus za crnu rupu zvezdane mase srednje veličine od 6.8  solarnih masa iznosi 20 kilometara.

Sa klasičnim crnim rupama, za objekte koji prolaze kroz horizont događaja na putu ka singularitetu se smatra da oni ulaze u carstvo zakrivljenog prostor-vremena gde brzina bega prevazilazi brzinu svetlosti. To je carstvo koje je lišeno ikakve strukture. Dalje, u singularitetu, srcu klasične crne rupe, za prostor-vreme se smatra da ima beskonačno zakrivljenje (to jest, za gravitaciju se smatra da ima beskonačan intenzitet), s obzirom da se za njegovu masu smatra da se skupila do nulte zapremine (infintezimalne), gde ima beskonačnu gustinu. Takvi beskonačni uslovi su problematični za poznatu fiziku jer u ovakvim slučajevima ključni proračuni potpuno kolapsiraju. U slučaju nejasne lopte, međutim, za strune koje obuhvataju objekat se veruje da prtosto padaju i apsorbovane su u površinu nejasne lopte, koji korespondira horizontu događaja—pragu na kojem je brzina bega jednaka brzini svetlosti.

Nejasna lopta jeste crna rupa; za prostor-vreme, fotoni, i sve drugo što nije potpuno blisko površini nejasne lopte se smatra da je pogođeno na skoro isti način kao i klasična crna rupa sa singularitetom u svom centru. Klasične crne rupe i nejasne lopte se razlikuju samo na kvantnom nivou; to jest, razlikuju se samo u svojoj unutrašnjoj kompoziciji, kao i po tome kako utiču na vizuelne čestice koje se formiraju u blizini horizonta događaja. Teorija nejasnih lopti se među onima koji je podržavaju smatra pravim kvantnim opisom crnih rupa.

Cygnus X-1, crna rupa samo 6,000 svetlosnih godina udaljena u Mlečnom putu naše galaksije, pripada binarnom sistemu zajedno sa plavom promenljivom zvezdom superdžinom. Ako ona stvarno predstavlja nejasnu loptu, njena površina ima prečnik od 51 kilometra.

--> S obzirom da je zapremina nejasnih lopti jedna funkcija Švarzčild radijusa (2,954 metara po solarnoj masi), nejasne lopte imaju promenljivu gustinu koja se smanjuje obrnuto srazmerno kvadratu njihove mase (dupla masa je i dupli prečnik, koji je osam puta veći od volumena, što rezultuje u jednoj‑četvrtini gustine). Tipična nejasna lopta bi imala srednju gustinu od 4,0×1017 kg/m3.[5][6] Iako su ovakve gustine skoro pa nezamislivo ekstremne, one su, matematički govoreći, beskonačno daleko od beskonačne gustine, iako su gustine tipičnih nejasnih lopti gustine zvezda su skoro pa iste kao i neutronske zvezde.[7]—Njihove gustine su mnogo redova veličine manje od Plankove gustine od (5,155×1096 kg/m3), što je ekvivalentno masi univerzuma upakovanoj u zapreminu jednog atomskog nukleusa.

Nejasna lopta postaje manje gusta kako se njena masa uvećava zbog frakcijske tenzije. Kada materija ili energija (struna) padne na nejasnu loptu, više struna nije prosto dodato nejasnoj lopti; strune se stapaju zajedno, i na taj način, sve kvantne informacije padajućih struna postaju deo većih, kompleksnijih struna. Zbog frakcijske tenzije, tenzija struna se eksponencijalno smanjuje kako postaje kompleksnija, sa više vidova vibracija, spadajući do znatnih dužina. “Matematička lepota” formula teorija struna koje su Matur i Lunin iskoristili se zasniva na tome kako vrednosti frakcione tenzije stvaraju radijus nejasne lopte koji je precizno jedan Švarzčild radijus, koje je Švarzčild proračunao koristeći se potpuno drugačijom matematičkom tehnikom 87 godina ranije.

Zbog pravila o obrnutom kvadratu velike gustine, ne moraju sve nejasne lopte imati nezamislive gustine. Takođe postoje i supermasivne crne rupe, koje se nalaze u centru skoro svih galaksija. Strelac A*, crna rupa u centru Mlečnog puta naše galaksije, ima 4,3 miliona solarne mase. To je u stvari nejasna lopta, ima srednju gustinu “samo” 51 put veću od srednje gustine zlata. Sa 3,9 milijardi solarne mase, nejasna lopta bi imala prečnik od 77 astronomskih jedinica—skoro iste veličine kao i heliopauza heliosfere našeg sunčevog sistema—i srednju gustinu jednaku gustini atmosfere Zemlje na nivou mora (1.2 kg/m3).

Bez obzira na masu nejasne lopte i rezultantne gustine, odlučujući faktor koji utvrđuje gde leži njena površina je prag na kojem je brzina bega nejasne lopte jednaka brzini svetlosti.[8] Brzina bega, kao što i samo ime govori, jeste brzina koju telo mora dostignuti da bi pobeglo od masivnog objekta. Za Zemlju, ona iznosi 11.2 km/s. U drugom pravcu, brzina bega velikog objekta je jednaka brzini sudara postignutoj padajućim telom koje pada sa ivice sfere masivnog objekta gravitacionog uticaja. Stoga, horizonti događaja—i za klasične crne rupe i za nejasne lopte—leže tačno na tački gde je prostor-vreme toliko izmenjen da padajuća tela samo dostižu brzinu svetlosti. Prema Albertu Ajnštajnu, kroz njegovu specijalnu teoriju relativiteta, brzina svetlosti je maksimalna dozvoljena brzina u vremenskom prostoru. Sa ovom brzinom, padajuće materije i energije se sudaraju sa površinom nejasne lopte i bivaju oslobođene, samostalne strune doprinose stvaranju nejasnih lopti.

Informacijski paradoks[uredi | uredi izvor]

Klasične crne rupe stvaraju problem za fiziku poznat po imenu informacijski paradoks crnih rupa, problem koji je prvi put spomenuo 1972. godine Džejkob Bekenstejn, da bi ga kasnije popularizovao Stiven Hoking. Informacijski paradoks se rađa iz shvatanja da sva kvantna prirodna informacija materije i energije koja pada u klasičnu crnu rupu se smatra da će potpuno nestati ka singularitetu zapremine jednake nuli u svom centru. Na primer, crna rupa koja se hrani zvezdanom atmosferom (protoni, neutroni i elektroni) sa obližnje zvezde pratioca bi trebalo da, kada bi poštovala poznate zakone kvantne fizike, tehnički preraste u objekat različite kompozicije od one koja se hrani svetlošću (fotonima) sa obližnjih zvezda. Ali ipak, implikacije teorije o klasičnoj crnoj rupi su neizbežne: pored činjenice da bi dve klasične crne rupe postale rastuće masivne zbog materije i energije koje upadaju u njih, ne bi doživele nikakve promene u svojim relativnim kompozicijama zbog toga što njihovi singulariteti nemaju kompoziciju. Bekenstajn je zabeležio da ovaj teoretički ishod prkosi zakon reverzibilnosti kvantne mehanike, čija je osnova da kvantna informacija ne sme biti izgubljena ni u kakvom procesu. Ovo polje studija se danas naziva termodinamika crnih rupa.

Čak i kada kvantna informacija ne bi bila uništena u singularitetu klasične crne rupe i kada bi nekako još uvek postojala, kvantni podaci ne bi mogli da se popinju uz bezgranični gravitacioni intenzitet da bi dostigli površinu svog horizonta događaja i pobegli. Hokingova radijacija (do sada neotkrivene čestice i fotoni za koje se smatra da su emitovani iz neposredne blizine crnih rupa) ne bi mogla da zaobiđe informacijski paradoks; samo bi otkrila masu, moment impulsa i naelektrisanje klasičnih crnih rupa. Za Hokingovu radijaciju se smatra da je stvorena kada se virtualne čestice—čestica/antičestica parovi svih vrsta, kao i fotoni, koji su svoje lične antičestice—stvaraju vrlo blizu horizonta događaja, te se jedan član para čestica okreće, dok drugi uspeva da pobegne.

Teorija nejasne lopte poboljšana od strane Matura i Lunina zadovoljava zakon reverzibilnosti jer je priroda kvantuma svih stvari koje padaju u nejasnu loptu sačuvana kako se nove strune dodaju stvaranju nejasne lopte; nikakva kvantna informacija ne bi isčezla. Takođe, ovaj aspekat teorije je podložan testiranju, s obzirom da njeno glavno načelo tvrdi da kvantni podaci nejasne lopte ne ostaju zarobljeni u njenom centru, ali dostižu svoju nejasnu površinu, te da Hokingova radijacija odnosi ovu informaciju, što je kodirano u delikatnim korelacijama između odlazećih kvantuma.

Vidi još[uredi | uredi izvor]

Napomene[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Najmanja linearna dimenzija u fizici koja ima ikakvo značenje u merenju prostor-vremena jeste Plankova dužina, koja iznosi 1,616252(81)×10−35 m (KODATA vrednost). Ispod Plankove dužine, dominiraju efekti kvantne pene, i besmisleno je i praviti pretpostavke o dužini na finijoj skali, kao što je besmisleno i meriti okeanske struje sa preciznošću od jednog centimetra na burnim morima. Za singularitet se smatra da ima prečnik koji ne dostiže čak ni jednu Plankovu dužinu, koja iznosi nula.
  2. ^ Lunin, Oleg; Mathur, Samir D. (2002). „AdS/CFT duality and the black hole information paradox”. Nuclear Physics B. 623 (1–2): 342—394. Bibcode:2002NuPhB.623..342L. S2CID 12265416. arXiv:hep-th/0109154 Slobodan pristup. doi:10.1016/S0550-3213(01)00620-4. 
  3. ^ Lunin, Oleg; Mathur, Samir D. (2002). „Statistical Interpretation of the Bekenstein Entropy for Systems with a Stretched Horizon”. Physical Review Letters. 88 (21): 211303. Bibcode:2002PhRvL..88u1303L. PMID 12059472. S2CID 34936558. arXiv:hep-th/0202072 Slobodan pristup. doi:10.1103/PhysRevLett.88.211303. 
  4. ^ Tri Plankove dužine iznose pet trilona trilion puta manje od efektivne širine (Van der Vals dijametar) jednog protona koji obuhvata hidrogenski nukleus.
  5. ^ Ovo je srednja, ili prosečna nagomilana gustina; kao i u slučaju neutronskih zvezda, Sunca, i njegovih planeta, gustina nejasne lopte varira od površine gde je manje gusta, do centra gde je najgušća.
  6. ^ Manje nejasne lopte bi bile još gušće. Najmanja crna rupa do sada otkrivena, XTE J1650-500 ima solarnu masu od 3.8-0.5. Fizičari teoretičari smatraju da tačka tranzicije koja odvaja neutronske zvezde od crnih rupa iznosi između 1.7 i 2.7 solarne mase. (Godard svemirski centar za letenje: NASA naučnici su otkrili najmanju poznatu crnu rupu Arhivirano na sajtu Wayback Machine (4. mart 2016)). Vrlo mala nejasna lopta bi bila skoro preko šest puta gušća kao i nejasna lopta srednje veličine koja ima 6.8 solarnih masa, sa srednjom gustinom od 2,53×1018 kg/m3. Deo takve nejasne lopte veličine kapi vode bi imala masu od 126& miliona metričkih tona.
  7. ^ Neutronske zvezde imaju srednju gustinu za koju se smatra da je u rangu od 3.7–5,9×1017 kg/m3, što je jednako nejasnoj lopti srednje veličine koja varira od 7.1 do 5.6 polarnih masa. Međutim, najmanje nejasne lopte su gušće od neutronskih zvezda; mala nejasna lopta bi bila četiri do sedam puta gušća od neutronske zvezde.
  8. ^ “Brzina svetlosti” u ovom kontekstu je sa stanovišta jednog posmatrača koji putuje u istom pravcu kao i nejasna lopta, i koji je na ivici svoje gravitacione sfere uticaja. Brzina bega je precizno jednaka (ne “približna”) brzini svetlosti jer ne meri brzinu fotona ili čestica poštujući prostor-vreme, već umesto toga posmatraju oblast vremenskog prostora izvitoperenog što je više moguće poštujući samu sebe. S njutnovske strane gledišta, padajući objekti dostižu brzinu koja—određenim spoljnim posmatračima—izgleda precizno jednaka brzini svetlosti u trenutku kada se objekti sudare sa horizontom događaja crne rupe. S Ajnštajnove tačke gledišta, energija i materija koje padaju blago prate konture vremenskog prostora do trenutka kada prostor-vreme postaje potpuno izvitopereno.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Нејасна_лопта&oldid=26950431”