Dabar du matematikai įrodė, kad Hawkingas ir jo kolegos klysta. Naujasis darbas, pateiktas poroje naujausių straipsnių, kuriuos pateikė Christoph Kehle iš Masačusetso technologijos instituto ir Ryanas Ungeris iš Stanfordo universiteto ir Kalifornijos universiteto Berklyje, rodo, kad mūsų žinomuose fizikos dėsniuose nėra nieko, kas trukdytų susidaryti ekstremali juodoji skylė.
Jų matematinis įrodymas yra „gražus, techniškai naujoviškas ir fiziškai stebinantis“, – sakė Prinstono universiteto matematikas Mihalis Dafermosas (ir Kehle bei Unger patarėjas doktorantūros srityje). Jis užsimena apie potencialiai turtingesnę ir įvairesnę visatą, kurioje „astrofiziškai gali būti ekstremalių juodųjų skylių“, pridūrė jis.
Tai nereiškia, kad jie yra. „Vien todėl, kad egzistuoja matematinis sprendimas, turintis gražių savybių, nebūtinai reiškia, kad gamta juo pasinaudos“, – sakė Khanna. „Bet jei kažkaip jį rasime, tai tikrai (priverstų) susimąstyti, ko mums trūksta. Jis pažymėjo, kad toks atradimas gali sukelti „keleto gana radikalių klausimų“.
Neįmanomybės įstatymas
Prieš Kehle ir Unger įrodymą, buvo rimta priežastis manyti, kad ekstremalios juodosios skylės negali egzistuoti.
1973 m. Bardeenas, Carteris ir Hawkingas pristatė keturis juodųjų skylių elgesio įstatymus. Jie buvo panašūs į keturis seniai nusistovėjusius termodinamikos dėsnius – šventų principų rinkinį, kuriame, pavyzdžiui, teigiama, kad laikui bėgant visata tampa vis labiau netvarkinga ir kad energijos negalima sukurti ar sunaikinti.
Savo darbe fizikai įrodė savo pirmuosius tris juodosios skylės termodinamikos dėsnius: nulį, pirmąjį ir antrąjį. Išplėsdami jie manė, kad trečiasis dėsnis (kaip ir jo standartinis termodinamikos atitikmuo) taip pat būtų teisingas, nors jie dar negalėjo to įrodyti.
Šis įstatymas teigė, kad juodosios skylės paviršiaus gravitacija negali sumažėti iki nulio per ribotą laiką, kitaip tariant, kad nėra jokio būdo sukurti ekstremalią juodąją skylę. Norėdami pagrįsti savo teiginį, trijulė teigė, kad bet koks procesas, kuris leistų juodosios skylės krūviui ar sukimuisi pasiekti ekstremalią ribą, taip pat gali sukelti jos įvykių horizonto visišką išnykimą. Plačiai manoma, kad juodosios skylės be įvykių horizonto, vadinamos nuogomis singuliarijomis, negali egzistuoti. Be to, kadangi žinoma, kad juodosios skylės temperatūra yra proporcinga jos paviršiaus gravitacijai, juodoji skylė be paviršiaus gravitacijos taip pat neturėtų temperatūros. Tokia juodoji skylė neskleistų šiluminės spinduliuotės – ką vėliau Hokingas pasiūlė padaryti juodosioms skylėms.
1986 m. fizikas, vardu Werneris Israelis, atrodė, kad sustabdė problemą, kai paskelbė trečiojo dėsnio įrodymą. Tarkime, kad norite sukurti ekstremalią juodąją skylę iš įprastos. Galite pabandyti tai padaryti greičiau sukdamiesi arba pridėdami daugiau įkrautų dalelių. Atrodė, kad Izraelio įrodymai parodė, kad tai negali priversti juodosios skylės paviršiaus gravitacijos nukristi iki nulio per ribotą laiką.
Kaip galiausiai sužinojo Kehle ir Unger, Izraelio argumentas slėpė ydą.
Trečiojo įstatymo mirtis
Kehle ir Unger nesiruošė rasti ekstremalių juodųjų skylių. Jiems užkliuvo visiškai atsitiktinai.
Jie tyrinėjo elektriškai įkrautų juodųjų skylių susidarymą. „Supratome, kad galime tai padaryti“ – sukurti juodąją skylę – „visiems krūvio ir masės santykiams“, – sakė Kehle. Tai apėmė atvejį, kai krūvis yra kuo didesnis, o tai yra ekstremalios juodosios skylės požymis.
Dafermosas pripažino, kad buvę jo mokiniai atskleidė priešingą pavyzdį Bardeeno, Carterio ir Hawkingo trečiajam dėsniui: jie parodė, kad iš tiesų gali pakeisti tipišką juodąją skylę į ekstremalią per ribotą laiko tarpą.
Kehle ir Unger pradėjo nuo juodosios skylės, kuri nesisuka ir neturi jokio krūvio, ir modeliavo, kas galėtų nutikti, jei ji būtų patalpinta į supaprastintą aplinką, vadinamą skaliariniu lauku, kuriame yra tolygiai įkrautų dalelių fonas. Tada jie sumušė juodąją skylę impulsais iš lauko, kad pridėtų įkrovos.