Ο χώρος της Φυσικής συγκλονίζεται από μια νέα θεωρητική προσέγγιση που επιχειρεί να γεφυρώσει το πιο βαθύ ρήγμα στην επιστήμη των τελευταίων εκατό ετών: την ασυμβατότητα μεταξύ της γενικής σχετικότητας και της κβαντομηχανικής. Δύο κολοσσιαία θεωρητικά οικοδομήματα, που εξηγούν με εξαιρετική ακρίβεια διαφορετικές πλευρές του Σύμπαντος, συνεχίζουν να αγνοούν το ένα το άλλο. Όμως, σύμφωνα με νέα μελέτη, η πολυπόθητη ενοποίηση μπορεί να κρύβεται στο εσωτερικό των πιο μυστηριωδών αντικειμένων του σύμπαντος: τις μαύρες τρύπες.
Η γενική σχετικότητα του Einstein περιγράφει με ακρίβεια αιχμής τις κινήσεις πλανητών, άστρων και γαλαξιών, δείχνοντάς μας πώς καμπυλώνεται ο χωροχρόνος. Από την άλλη, η κβαντομηχανική εξηγεί τη συμπεριφορά των απειροελάχιστων σωματιδίων με τρόπους που συχνά αψηφούν τη λογική. Όμως οι δύο θεωρίες δεν «μιλούν» μεταξύ τους: το ένα σύστημα περιγράφει το μακροσκοπικό Σύμπαν, ενώ το άλλο βασιλεύει στον μικρόκοσμο και όταν συναντώνται, το αποτέλεσμα είναι μαθηματικό χάος.
Το σημείο όπου αυτό το χάος γίνεται πιο εμφανές είναι οι λεγόμενες «ιδιομορφίες» στο εσωτερικό των μαύρων τρυπών, θεωρητικά σημεία άπειρης πυκνότητας όπου καταρρέουν οι εξισώσεις. Για τους φυσικούς, η ύπαρξη του «άπειρου» σε μια εξίσωση σημαίνει απλώς ότι η θεωρία έφτασε στα όριά της. Όπως εξηγεί ο Xavier Calmet, θεωρητικός φυσικός και επικεφαλής της νέας μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Europhysics Letters, «η γενική σχετικότητα φαίνεται να λειτουργεί μόνο σε μεγάλες κλίμακες. Σε πολύ μικρές αποστάσεις, χρειάζεται μια κβαντική εκδοχή της βαρύτητας».
Για δεκαετίες, η θεωρία χορδών αποτελούσε τον κύριο υποψήφιο για την ενοποίηση των δύο θεωριών. Όμως η νέα πρόταση της ομάδας του Calmet διαφέρει ριζικά. Δεν προτείνει μια πλήρη θεωρία κβαντικής βαρύτητας. Αντίθετα, εφαρμόζει ένα εργαλείο γνωστό ως «αποτελεσματική δράση Vilkovisky-DeWitt» για να υπολογίσει γενικές κβαντικές διορθώσεις στις εξισώσεις του Einstein, ανεξάρτητα από το ποια θεωρία κρύβεται στο υπόβαθρο.
Όταν εφαρμόστηκαν αυτές οι διορθώσεις, το αποτέλεσμα δεν ήταν απλώς μικρές αλλαγές στα ήδη γνωστά μοντέλα μαύρων τρυπών. Αντιθέτως, ανέκυψαν ολοκαίνουριες λύσεις, νέες θεωρητικές μορφές μαύρων τρυπών που δεν προβλέπονται από τη γενική σχετικότητα. Σύμφωνα με τον Calmet, «πρόκειται για μαύρες τρύπες που γεννιούνται μέσα σε ένα κβαντικό πλαίσιο βαρύτητας. Δεν είναι παραλλαγές των κλασικών μοντέλων, αλλά εντελώς νέα αντικείμενα».
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης είναι θεμελιώδης. Η γενική σχετικότητα, παρά τη δύναμή της, δεν μπορεί να δώσει λύση όταν οι κλίμακες γίνονται απειροελάχιστες, όπως συμβαίνει στο εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας. Αντιθέτως, η προσέγγιση του Calmet προσφέρει έναν τρόπο να «ραφτεί» η κβαντική φυσική επάνω στη σχετικότητα, δημιουργώντας έναν ενιαίο θεωρητικό κόσμο. Αυτό γίνεται μέσω του μαθηματικού εργαλείου των Vilkovisky και DeWitt, το οποίο προσαρμόζει τις εξισώσεις του Einstein προσθέτοντας κβαντικές διορθώσεις, με τρόπο που να επιτρέπει την ύπαρξη νέων θεωρητικών αντικειμένων, τα οποία ονομάζονται «κβαντικές μαύρες τρύπες».
Το ερώτημα που προκύπτει είναι αν θα μπορέσουμε ποτέ να τις παρατηρήσουμε. Η μελέτη αναφέρει ότι αυτές οι νέες λύσεις θα μπορούσαν να εμφανίζονται κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, δηλαδή το «σύνορο» από το οποίο τίποτα δεν μπορεί να διαφύγει από μια μαύρη τρύπα. Όμως, ακόμη και αν υπάρχουν, οι διαφορές τους από τις κλασικές μαύρες τρύπες εκδηλώνονται τόσο κοντά σε αυτό το απρόσιτο σημείο, που η παρατήρησή τους παραμένει σχεδόν αδύνατη με τα σημερινά μέσα.
Οι αστροφυσικές μαύρες τρύπες που παρατηρούμε ίσως περιγράφονται καλύτερα από τις νέες μας λύσεις παρά από εκείνες της σχετικότητας. Εφόσον και οι δύο θεωρίες συγκλίνουν σε μεγάλες αποστάσεις, θα είναι εξαιρετικά δύσκολο να αποδείξουμε πειραματικά ποια από τις δύο είναι σωστή.
Παρ’ όλα αυτά, η νέα αυτή θεωρητική πρόταση ανοίγει ένα παράθυρο σε έναν κόσμο όπου η κβαντική βαρύτητα δεν είναι πια μια αφηρημένη έννοια, αλλά μια δυνατή, υπολογίσιμη πραγματικότητα. Ενώ οι επιταχυντές σωματιδίων αγωνίζονται να φτάσουν σε ενεργειακά επίπεδα που θα μπορούσαν να αποκαλύψουν την κβαντική φύση της βαρύτητας, ίσως η απάντηση να κρύβεται ήδη εκεί έξω, βαθιά στον σκοτεινό ουρανό, μέσα στις καρδιές των μαύρων τρυπών.
[via]
