Singularitatea goală ar putea evita cenzura cosmică

Anumite curiozități ascunse spațiu-timp ar putea fi mai puțin ascunse decât se credea, expunându-se potențial observatorilor din unele universuri curbate.

Aceste ciudățenii, cunoscute sub numele de singularități, sunt puncte din spațiu în care legile standard ale fizicii se defectează. Găsite în centrul găurilor negre, singularitățile sunt, în general, de așteptat să fie ascunse vederii, ferind universul de proprietățile lor problematice. Acum, oamenii de știință raportează în 5 mai Scrisori de revizuire fizică că o singularitate ar putea fi dezvăluită într-un univers ipotetic, în formă de şa.

Anterior, oamenii de știință au descoperit că singularitățile ar putea să nu fie ascunse în universuri ipotetice cu mai mult de trei dimensiuni spațiale. Noul rezultat marchează prima dată când posibilitatea unei astfel de singularități „goale” a fost demonstrată într-un univers tridimensional. „Este extrem de important”, spune fizicianul Gary Horowitz de la Universitatea din California, Santa Barbara. Horowitz, care nu a fost implicat în noul studiu, a efectuat cercetări anterioare care sugerau că o singularitate goală ar putea apărea probabil în astfel de universuri în formă de șa.

În teoria gravitației a lui Einstein, teoria generală a relativității, spațiu-timpul însuși poate fi curbat (SN: 17.10.15, str. 16). Obiectele masive, cum ar fi stelele, îndoaie țesătura spațiului, determinând planetele să orbiteze în jurul lor. O singularitate apare atunci când deformarea este atât de extremă încât ecuațiile relativității generale devin fără sens – așa cum se întâmplă în centrul unei găuri negre. Dar singularitățile găurilor negre sunt ascunse de un orizont de evenimente, care cuprinde o regiune din jurul singularității din care lumina nu poate scăpa. Conjectura de cenzură cosmică, prezentată în 1969 de matematicianul și fizicianul Roger Penrose, propune că toate singularitățile vor fi acoperite în mod similar.

Conform relativității generale, universurile ipotetice pot lua diferite forme. Universul cunoscut este aproape plat la scară mare, ceea ce înseamnă că se aplică regulile geometriei standard ale manualelor și lumina se deplasează în linie dreaptă. Dar în universurile care sunt curbate, acele reguli ies pe fereastră. Pentru a demonstra încălcarea cenzurii cosmice, cercetătorii au început cu o geometrie curbă cunoscută sub numele de spațiu anti-de Sitter, care este deformată astfel încât un fascicul de lumină trimis în spațiu se va întoarce în cele din urmă la locul din care a venit. Cercetătorii au deformat limitele acestui spațiu-timp curbat și au observat că s-a format o regiune în care curbura a crescut în timp la valori arbitrar de mari, producând o singularitate goală.

„Am fost foarte surprins”, spune fizicianul Jorge Santos de la Universitatea din Cambridge, un coautor al studiului. „Întotdeauna am crezut că gravitația va găsi cumva o modalitate” de a menține cenzura cosmică.

Oamenii de știință au arătat anterior că cenzura cosmică ar putea fi încălcată dacă condițiile unui univers ar fi aranjate precis pentru a conspira pentru a produce o singularitate goală. Dar noul rezultat al cercetătorilor este mai general. „Nu este nimic reglat sau nenatural în punctul lor de plecare”, spune fizicianul Ruth Gregory de la Universitatea Durham din Anglia. Asta, spune ea, este „foarte interesant”.

Dar, notează Horowitz, există o avertizare. Deoarece încălcarea are loc într-un univers curbat, nu într-unul plat, rezultatul „nu este încă un contraexemplu complet convingător pentru ideea originală”.

În ciuda dependenței de un univers curbat, rezultatul are implicații mai largi. Asta pentru că se crede că gravitația din spațiul anti-de Sitter are legături cu alte teorii. Fizica gravitației în spațiul anti-de Sitter pare să fie paralelă cu cea a unor tipuri de teorii ale fizicii particulelor, stabilite în mai puține dimensiuni. Deci, încălcarea cenzurii cosmice în acest tărâm ar putea avea consecințe pentru idei aparent fără legătură.