Physiker haben eine seltsame Drehung in der Raumzeit entdeckt, die Schwarze Löcher simulieren kann – bis sie ihnen sehr nahe kommen. Diese als „topologische Solitonen“ bekannten theoretischen Lücken im Raum-Zeit-Gefüge sind im gesamten Universum bekannt und ihre Entdeckung könnte unser Verständnis der Quantenphysik verbessern, heißt es in einer neuen Studie, die am 25. April in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde. körperliche Untersuchung d (Öffnet in einem neuen Tab).
Schwarze Löcher Es ist vielleicht das Frustrierendste, was jemals in der Wissenschaft entdeckt wurde. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt ihre Existenz voraus, und Astronomen wissen, wie sie entstehen: Es genügt, dass ein massereicher Stern unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht. Da keine andere Kraft zur Verfügung steht, um ihr zu widerstehen, zieht die Schwerkraft so lange weiter, bis die gesamte Materie des Sterns zu einem sehr kleinen Punkt komprimiert wurde, der als Singularität bezeichnet wird. Um diese Singularität herum befindet sich der Ereignishorizont, eine unsichtbare Grenze, die den Rand des Schwarzen Lochs markiert. Was auch immer den Ereignishorizont überschreitet, kann nicht herauskommen.
Das Hauptproblem dabei ist jedoch, dass Punkte unendlicher Dichte nicht wirklich existieren können. Also, während generelle Relativität Er sagt die Existenz von Schwarzen Löchern voraus, und wir haben viele astronomische Objekte gefunden, die sich genau so verhalten, wie Einsteins Theorie es vorhergesagt hat, und wir wissen, dass wir immer noch kein vollständiges Bild haben. Wir wissen, dass die Einzigartigkeit durch etwas Logischeres ersetzt werden muss, aber wir wissen nicht, was das ist.
Verwandt: Sind Schwarze Löcher Wurmlöcher?
Um dies herauszufinden, ist ein Verständnis der Schwerkraft erforderlich, die auf sehr kleinen Skalen extrem stark ist – etwas, das Quantengravitation genannt wird. Bisher haben wir keine praktikable Quantentheorie der Schwerkraft, aber wir haben mehrere Kandidaten. Einer dieser Kandidaten ist Stringtheorieein Modell, das darauf hindeutet, dass alle Teilchen, aus denen unser Universum besteht, tatsächlich aus winzigen, vibrierenden Fäden bestehen.
Um die große Vielfalt an Teilchen zu erklären, die in unserem Universum leben, können diese Saiten nicht einfach in den üblichen drei Raumdimensionen schwingen. Die Stringtheorie sagt die Existenz zusätzlicher Dimensionen voraus, die alle in einem unvorstellbar kleinen Maßstab in sich zusammengerollt sind – so klein, dass wir nicht einmal wissen können, dass sie existieren.
Und dieser Akt der Faltenbildung zusätzlicher räumlicher Dimensionen in winzigen Maßstäben kann zu sehr interessanten Dingen führen.
In der neuen Studie vermuteten die Forscher, dass diese besonders kompakten Abmessungen zu Defekten führen könnten. Wie Falten, die Sie nicht aus Ihrem Hemd herausbekommen, egal wie oft Sie es bügeln, werden diese Unvollkommenheiten unveränderliche, dauerhafte Defekte in der Struktur der Raum-Zeit sein – ein topologisches Soliton. Physiker haben vorgeschlagen, dass diese Seltons in ihrem Aussehen, ihrer Wirkungsweise und möglicherweise ihrem Geruch stark an Schwarze Löcher erinnern würden.
Die Forscher untersuchten, wie sich Lichtstrahlen verhalten würden, wenn sie in der Nähe eines dieser Solitonen vorbeikommen. Sie fanden heraus, dass Solitonen das Licht genauso beeinflussen würden wie ein Schwarzes Loch. Licht beugt sich um die Solitonen und bildet stabile Orbitalringe, und die Solitonen werfen Schatten. Mit anderen Worten, die Berühmte Bilder vom Event Horizon Telescopedas 2019 auf das Schwarze Loch M87* vergrößert wurde, würde ungefähr genauso aussehen, wenn es sich um ein Soliton in der Bildmitte und nicht um ein Schwarzes Loch handeln würde.
Doch bald endet die Tradition. Topologische Solitonen sind keine Singularitäten und haben daher keinen Ereignishorizont. Sie können dem Soliton so nahe kommen, wie Sie möchten, und Sie können jederzeit gehen, wenn Sie möchten (vorausgesetzt, Sie haben genug Treibstoff eingepackt).
Leider sind die Schwarzen Löcher nicht nahe genug, um sie zu untersuchen, und so können wir uns nur auf die Beobachtung entfernter Objekte verlassen. Sollten jemals topologische Solitonen entdeckt werden, wird die Entdeckung nicht nur einen Einblick in die Natur der Schwerkraft geben, sondern uns auch ermöglichen, die Natur der Quantengravitation und der Stringtheorie direkt zu untersuchen.
