Исследователи, из Кембриджского университета и Лондонского университета королевы Марии, успешно моделировали черную дыру, сформированную как очень тонкое кольцо, которое дает начало серии ‘выпуклости’, связанной последовательностями, которые становятся разбавителем со временем. Эти последовательности в конечном счете худеют так, что они зажимают прочь в серию миниатюрных черных дыр, подобных тому, как тонкий поток воды от сигнала разбивается на капельки.Кольцевые черные дыры были ‘обнаружены’ теоретическими физиками в 2002, но это – первый раз, когда их движущие силы были успешно моделированы, используя суперкомпьютеры.
Если этот тип формы черной дыры, это привело бы к появлению ‘голой особенности’, которая заставит уравнения позади Общей теории относительности терпеть неудачу. Результаты изданы в журнале Physical Review Letters.Общая теория относительности подкрепляет наше текущее понимание силы тяжести: все от оценки возраста звезд во вселенной, к сигналам GPS, на которые мы полагаемся, чтобы помочь нам провести, основано на уравнениях Эйнштейна.
Частично, теория говорит нам, что вопрос деформирует свое окружающее пространство-время, и что мы называем, сила тяжести – эффект той деформации. За эти 100 лет, так как это было издано, Общая теория относительности прошла каждый тест, который был брошен в него, но одно из его ограничений – существование особенностей.Особенность – пункт, где сила тяжести так интенсивна, что пространство, время и законы физики, ломается. Общая теория относительности предсказывает, что особенности существуют в центре черных дыр, и что они окружены горизонтом событий – ‘точка невозврата’, где гравитация становится настолько сильной, что спасение невозможно, означая, что они не могут наблюдаться с внешней стороны.
«Пока особенности остаются скрытыми позади горизонта событий, они не доставляют неприятности, и Общая теория относительности держится – ‘космическая догадка цензуры, ‘ говорит, что это всегда имеет место», сказал соавтор исследования Маркус Кунеш, студент доктора философии в Отделе Кембриджа Прикладной Математики и Теоретической Физики (DAMTP). «Пока космическая догадка цензуры действительна, мы можем безопасно предсказать будущее за пределами черных дыр. Поскольку в конечном счете, то, что мы пытаемся сделать в физике, должно предсказать будущее, данное знание о государстве вселенной теперь».
Но что, если особенность существовала за пределами горизонта событий? Если бы это сделало, мало того, что это было бы видимо с внешней стороны, но и это будет представлять объект, который разрушился на бесконечную плотность, государство, которое заставляет законы физики ломаться.
Теоретические физики выдвинули гипотезу, что такая вещь, названная голой особенностью, могла бы существовать в более высоких размерах.«Если голые особенности существуют, Общая теория относительности ломается», сказал, создают в соавторстве Саран Tunyasuvunakool, также студент доктора философии из DAMTP. «И если бы Общая теория относительности ломается, она бросила бы все вверх тормашками, потому что она больше не имела бы никакой предсказательной силы – это больше нельзя было рассматривать как автономную теорию объяснить вселенную».
Мы думаем о вселенной, столь же существующей в трех измерениях плюс четвертое измерение времени, которые вместе упоминаются как пространство-время. Но, в отраслях теоретической физики, таких как теория струн, вселенная могла быть составлена из целых 11 размеров.
Дополнительные размеры могли быть большими и экспансивными, или они могли быть свернуты, крошечные, и трудно обнаружить. Так как люди могут только непосредственно чувствовать три измерения, существование дополнительных размеров может только быть выведено посредством очень высоких энергетических экспериментов, таких как проводимые в Большом Коллайдере Адрона.
Сама теория Эйнштейна не указывает, сколько размеров там находится во вселенной, таким образом, теоретические физики изучали Общую теорию относительности в более высоких размерах, чтобы видеть, держится ли космическая цензура все еще. Открытие кольцевых черных дыр в пяти размерах принудило исследователей выдвигать гипотезу, что они могли разбиться и дать начало голой особенности.То, что нашли Кембриджские исследователи, наряду с их соавтором По Фигерас из Лондонского университета королевы Марии, – то, что, если кольцо достаточно тонкое, это может привести к формированию голых особенностей.Используя суперкомпьютер КОСМОСА, исследователи смогли выполнить полное моделирование полной теории Эйнштейна в более высоких размерах, позволение их к не только подтверждает, что эти ‘черные кольца’ нестабильны, но также определить их возможную судьбу.
Большую часть времени черное кольцо разрушается назад в сферу, так, чтобы особенность осталась бы содержавшей в горизонте событий. Только очень тонкое черное кольцо становится достаточно нестабильным, чтобы сформировать выпуклость, связанную более тонкими и более тонкими последовательностями, в конечном счете прерываясь и формируя голую особенность. Новые методы моделирования и машинный код потребовались, чтобы обращаться с этими чрезвычайными формами.«Чем лучше мы достигаем моделирование теории Эйнштейна силы тяжести в более высоких размерах, тем легче это будет для нас, чтобы помочь с продвижением новых вычислительных методов – мы раздвигаем границы того, что Вы можете сделать на компьютере когда дело доходит до теории Эйнштейна», сказал Туньясувунэкул. «Но если космическая цензура не держится в более высоких размерах, то, возможно, мы должны посмотреть на то, что является настолько особенным о четырехмерной вселенной, которая означает, что действительно держится».
Космическая догадка цензуры, как широко ожидают, будет верна в нашей четырехмерной вселенной, но если это быть опровергнутым, альтернативный способ объяснить вселенную должен был бы тогда быть определен. Одна возможность – квантовая сила тяжести, которая приближает уравнения Эйнштейна далеко от особенности, но также и предоставляет описание новой физики близко к особенности.
Суперкомпьютер КОСМОСА в Кембриджском университете – часть Совета по Средствам Науки и техники (STFC) Дирак HPC Средство.