Volgens een artikel gepubliceerd in de Journal of High Energy Physics hebben natuurkundigen van het Steklov Mathematical Institute van de Russian Academy of Sciences een theoretische beschrijving ontwikkeld van het gedrag van materie in zwarte gaten en hebben ze een mogelijke manier gevonden om de kwantumfysica en de zwaartekrachtstheorie met elkaar te verzoenen.
“We gebruikten een holografische benadering. Het bestaat erin dat een kwantum-tweedimensionaal systeem dat "leeft" op de grens van een speciale gekromde 3D-ruimte, de anti-de Sitter-ruimte genaamd, daarin kan worden beschreven door middel van klassieke zwaartekrachtfysica. Zo speelt de driedimensionale ruimte, samen met alles wat er binnen gebeurt, de rol van een hologram dat illustreert wat er direct in ons fysieke systeem gebeurt”, zei Mikhail Khramtsov van het Mathematisch Instituut, geciteerd door de persdienst van de Russian Science Foundation.
Gewone en superzware zwarte gaten hebben zo'n sterke zwaartekracht dat ze niet kunnen worden overwonnen zonder de lichtsnelheid te overschrijden. Er kunnen geen objecten of straling ontsnappen buiten de inslag van het zwarte gat, dat de "waarnemingshorizon" wordt genoemd.
Wat er buiten de waarnemingshorizon gebeurt, blijft een mysterie en een punt van controverse onder natuurkundigen. De meeste wetenschappers zijn van mening dat het in principe onmogelijk is om in een zwart gat te kijken en de structuur ervan te bestuderen, aangezien dit tot uiterst onaangename gevolgen zal leiden - in dit geval zal het onmogelijk zijn om Einsteins relativiteitstheorie en kwantummechanica met elkaar te verzoenen.
Toch bestaan er zwarte gaten, en hun gedrag moet op de een of andere manier worden beschreven. Relatief recent begonnen wetenschappers te geloven dat zwarte gaten eigenlijk geen driedimensionale, maar tweedimensionale objecten zijn - een soort ruimte "hologrammen", waar de ruimte dichter bij de randen kleiner wordt en waar een in een rechte lijn geworpen object terugkeert naar het vluchtpunt.
Deze theorie en de vergelijkingen die deze beschrijven, werden eind jaren negentig naar voren gebracht door twee beroemde kosmologen: Juan Maldasena van Princeton University en Gerard 't Hooft van Utrecht University. Volgens sommige wetenschappers kunnen vergelijkbare principes het hele universum als geheel beschrijven - met andere woorden, het is heel goed mogelijk dat we in een plat tweedimensionaal hologram leven.
Op basis van deze principes probeerden Khramtsov en zijn collega's uit te leggen waarom het bestaan van zwarte gaten niet in strijd is met de wetten van de thermodynamica, en ook om de kwantumprocessen te beschrijven die verantwoordelijk zijn voor het transport van warmte erin, gebaseerd op de relativiteitstheorie en andere klassieke natuurkundige wetten.
Berekeningen hebben aangetoond dat in een zwart gat inderdaad een zekere analoog van thermodynamisch evenwicht kan worden waargenomen, zoals in het "normale" heelal. Wetenschappers benadrukken dat dit experimenteel kan worden geverifieerd door botsende deeltjes die zijn afgekoeld tot temperaturen dichtbij het absolute nulpunt.
Promotie video:
Als dergelijke deeltjes in magnetische vallen vallen, gedragen ze zich bij bestraling met een laser ongeveer hetzelfde als materie in platte zwarte gaten. In het bijzonder zal informatie over het verschijnen van nieuwe kwantumbindingen tussen deeltjes zich met een bepaalde snelheid in de val verspreiden, en afwijkingen ervan zullen betekenen dat de berekeningen van Russische fysici niet helemaal correct zijn.
Zoals Khramtsov opmerkt, kan quark-gluon-plasma dat ontstaat in de LHC of de RHIC-collider in Brookhaven (VS) op een vergelijkbare manier worden verwarmd, waardoor dezelfde principes kunnen worden gebruikt om het gedrag te beschrijven en verder te bestuderen. Volgens hem zullen Russische natuurkundigen in de nabije toekomst een antwoord proberen te vinden op een andere belangrijke vraag met betrekking tot zwarte gaten: gaat er informatie verloren wanneer materie de waarnemingshorizon passeert.
