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La conjecture proposée par Hawking il y a 50 ans a été renversée !

La dernière preuve des mathématiciens est queDes trous noirs extrêmes peuvent exister。

Ceci est contraire à la troisième loi de la thermodynamique des trous noirs proposée par Hawking et d’autres en 1973.

trou noir extrêmeIl s’agit d’une situation très particulière, ce qui signifie que la gravité sur la surface du trou noir ou sur l’horizon des événements est nulle. Sa surface n’attire rien, mais si les particules sont poussées vers le centre du trou noir, elles ne peuvent toujours pas s’échapper.

Et puisque la température d’un trou noir est proportionnelle à la gravité de surface, l’absence de gravité de surface signifieLes trous noirs n'ont pas de température, incapable d’émettre un rayonnement thermique.

Cela va à son tour à l'encontre de la théorie des radiations de Hawking, qui propose que les trous noirs ne sont pas complètement « sombres » mais peuvent lentement rayonner de l'énergie vers l'extérieur d'une manière spécifique, perdant progressivement de la masse et éventuellement disparaissant.

Mais Christoph Kehle du MIT et Ryan Unger de l'Université de Stanford ont montré mathématiquement que cela pourrait être le cas.

Et ils prouvent aussi,L’existence de trous noirs extrêmes ne conduit pas à l’existence de singularités nues。

Penrose, lauréat du prix Nobel, a précédemment proposé que la nature ne permet pas l'existence d'une singularité nue. Si elle existe, elle détruirait la causalité de l'univers. La zone spatiale proche de la singularité pourrait permettre des comportements qui violent la causalité, provoquant la transformation du temps et de l'espace. Localement inexistant.

Elena Giorgi, mathématicienne de l'Université Columbia, a commenté :

C’est un excellent exemple de l’impact des mathématiques sur la physique.

Qu’est-ce qu’un trou noir extrême ?

La grande majorité des trous noirs dans la nature tournent.

Lorsque de la matière chargée tombe dans un trou noir, la vitesse de rotation du trou noir augmente en raison de la conservation du moment cinétique, et le trou noir lui-même se charge également.

Théoriquement, à mesure qu’un trou noir absorbe de plus en plus de matière, sa charge et sa vitesse de rotation deviendront infinies et des trous noirs extrêmes apparaîtront.

Pour un trou noir extrême, tant qu’une charge supplémentaire est ajoutée, son horizon des événements disparaîtra, laissant une singularité nue.

Et sa surface n’attire plus rien.

En 1973, Hawking, John Bardeen et Brandon Carter ont proposé que les trous noirs extrêmes soient impossibles à former.

Cette loi stipule que la gravité de surface d'un trou noir ne peut pas tomber à zéro dans un temps limité. Les trois scientifiques pensent que tout processus permettant à la charge ou à la rotation du trou noir d'atteindre la limite peut provoquer la disparition complète de l'horizon des événements du trou noir. disparaître.

Les milieux universitaires pensent généralement qu’un trou noir sans horizon des événements (c’est-à-dire une singularité nue) ne peut exister.

De plus, puisque la température d’un trou noir est directement proportionnelle à la gravité de surface, s’il n’y a pas de gravité de surface, le trou noir n’aura pas de température, donc le trou noir ne pourra pas émettre de rayonnement thermique. Mais Hawking a proposé que l’émission de rayonnements soit un attribut nécessaire des trous noirs.

En 1986, le physicien Werner Israel a essayé de simuler la construction d'un trou noir extrême en utilisant un trou noir ordinaire, et a essayé de le faire tourner plus vite et de transporter plus de charge, mais la conclusion finale a montré que cela ne pouvait pas réduire la gravité de surface du trou noir. trou noir à 0 dans un temps limité.

J'ai involontairement trouvé un moyen de le prouver

Keller et Unger n’étudient pas eux-mêmes les trous noirs extrêmes.

Ils pensenttrou noir chargéUne fois formé, il a été découvert de manière inattendue qu'un trou noir avec une charge électrique extrêmement élevée pouvait être construit, ce qui est un signe important de trous noirs extrêmes.

ils partent d'unPas de rotation, pas de fraisEn commençant par un trou noir, simulez ce qui se passerait s’il était placé dans un champ scalaire.

Ils ont utilisé des impulsions de champs magnétiques pour frapper le trou noir, y ajoutant une charge électrique. Ces impulsions fournissent de l’énergie électromagnétique au trou noir et augmentent également sa masse.

En émettant des impulsions diffuses à basse fréquence, la masse (M) du trou noir peut augmenter plus rapidement que sa charge (q).

Selon la classification, lorsque |q|=M, cela représente la formation d'un trou noir extrême ; lorsque |q|M, cela représente un trou noir non extrême ;

Si le taux de croissance de masse dépasse le taux de croissance de charge, cela signifie que le trou noir peut passer d’un état sous-extrême à un état extrême.

L'article propose non seulement une nouvelle méthode d'adhésion caractéristique, mais montre également comment construire la structure interne d'un trou noir et analyse le processus de formation et d'évolution du trou noir, y compris l'effondrement gravitationnel à partir de données initiales régulières et de la structure géométrique de l'extérieur. du trou noir.

Cependant, il convient de noter que même si des méthodes mathématiques ont été utilisées pour prouver l’existence de la théorie des trous noirs extrêmes, cela ne signifie pas que des trous noirs extrêmes doivent exister.

L'exemple théorique présente la quantité de charge maximale, mais les humains n'ont pas encore observé de trou noir avec une charge évidente. Il est plus probable de trouver un trou noir à rotation rapide, c'est pourquoi Keller et Unger souhaitent également construire un modèle permettant aux trous noirs d'atteindre la limite de vitesse de rotation.

Mais construire un tel modèle est plus difficile sur le plan mathématique. Ils commencent tout juste à y travailler maintenant.

Keller et Unger ont essayé d'utiliser des méthodes mathématiques pour explorer les secrets des trous noirs.

En 2023, Keller, son professeur Elena et d’autres ont également prouvé, dans une étude de 1 000 pages, que, d’un point de vue mathématique, les trous noirs en rotation lente sont stables. Ceci est important pour valider la relativité générale, car si elle est instable au sens mathématique, cela pourrait signifier qu’il y a un problème avec la théorie sous-jacente.

△A gauche c'est Keller, à droite c'est Unger

Les dernières recherches publiées cette année non seulement renversent la conjecture proposée par Hawking, mais fournissent également de nouvelles perspectives pour la recherche dans des domaines de pointe tels que la relativité générale, la mécanique quantique et la théorie des cordes.