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A conjectura proposta por Hawking há 50 anos foi anulada!

A última prova dos matemáticos é quePodem existir buracos negros extremos。

Isto é contrário à terceira lei da termodinâmica dos buracos negros proposta por Hawking e outros em 1973.

buraco negro extremoÉ uma situação muito especial, o que significa que a gravidade na superfície do buraco negro ou no horizonte de eventos é zero. Sua superfície não atrai nada, mas se as partículas forem empurradas para o centro do buraco negro, elas ainda não poderão escapar.

E como a temperatura de um buraco negro é proporcional à gravidade superficial, a ausência de gravidade superficial significaBuracos negros não têm temperatura, incapaz de emitir radiação térmica.

Isto, por sua vez, vai contra a teoria da radiação de Hawking, que propõe que os buracos negros não são completamente “escuros”, mas podem irradiar lentamente energia para fora de uma forma específica, perdendo gradualmente massa e possivelmente desaparecendo.

Mas Christoph Kehle, do MIT, e Ryan Unger, da Universidade de Stanford, demonstraram matematicamente que este pode ser o caso.

E eles também provam,A existência de buracos negros extremos não leva à existência de singularidades nuas。

O ganhador do Nobel Penrose propôs anteriormente que a natureza não permite a existência de uma singularidade nua. Se existir, destruirá a causalidade do universo. A área espacial próxima à singularidade pode permitir comportamentos que violam a causalidade, fazendo com que o tempo e o espaço se tornem localmente não. -existente.

A matemática da Universidade de Columbia, Elena Giorgi, comentou:

Este é um ótimo exemplo de matemática retroalimentando a física.

O que é um buraco negro extremo?

A grande maioria dos buracos negros na natureza está em rotação.

Quando matéria carregada cai em um buraco negro, a velocidade de rotação do buraco negro aumentará devido à conservação do momento angular, e o próprio buraco negro também ficará carregado.

Teoricamente, à medida que um buraco negro absorve cada vez mais matéria, a sua carga e velocidade de rotação tornar-se-ão infinitas e surgirão buracos negros extremos.

Para um buraco negro extremo, desde que qualquer carga adicional seja adicionada, o seu horizonte de eventos desaparecerá, deixando uma singularidade nua.

E sua superfície não atrai mais nada.

Em 1973, Hawking, John Bardeen e Brandon Carter propuseram que é impossível formar buracos negros extremos.

Esta lei afirma que a gravidade superficial de um buraco negro não pode cair para zero em um tempo limitado. Os três cientistas acreditam que qualquer processo que permita que a carga ou rotação do buraco negro atinja o limite pode fazer com que o horizonte de eventos do buraco negro se desfaça completamente. desaparecer.

Os círculos acadêmicos geralmente acreditam que um buraco negro sem horizonte de eventos (ou seja, uma singularidade nua) não pode existir.

Além disso, como a temperatura de um buraco negro é diretamente proporcional à gravidade superficial, se não houver gravidade superficial, o buraco negro não terá temperatura, portanto o buraco negro não será capaz de emitir radiação térmica. Mas Hawking propôs que a emissão de radiação é um atributo necessário dos buracos negros.

Em 1986, o físico Werner Israel tentou simular a construção de um buraco negro extremo usando um buraco negro comum e tentou fazê-lo girar mais rápido e carregar mais carga, mas a conclusão final mostrou que isso não pode reduzir a gravidade superficial do buraco negro para 0 dentro de um tempo limitado.

Involuntariamente, encontre uma maneira de provar isso

Keller e Unger não estão estudando buracos negros extremos.

Eles estão pensandoburaco negro carregadoQuando formado, descobriu-se inesperadamente que um buraco negro com carga elétrica extremamente alta pode ser construído, o que é um sinal importante de buracos negros extremos.

eles partem de umSem rotação, sem cobrançaComeçando com um buraco negro, simule o que aconteceria se ele fosse colocado num campo escalar.

Eles usaram pulsos de campos magnéticos para atingir o buraco negro, adicionando-lhe uma carga elétrica. Esses pulsos fornecem energia eletromagnética ao buraco negro e também aumentam sua massa.

Ao emitir pulsos difusos de baixa frequência, a massa do buraco negro (M) pode aumentar mais rapidamente do que a sua carga (q).

De acordo com a classificação, quando |q|=M, representa a formação de um buraco negro extremo; quando |q|M, representa um buraco negro não extremo;

Se a taxa de crescimento de massa exceder a taxa de crescimento de carga, isso significa que o buraco negro pode fazer a transição de um estado subextremo para um estado extremo.

O artigo não apenas propõe um novo método de adesão característica, mas também mostra como construir a estrutura interna de um buraco negro e analisa o processo de formação e evolução do buraco negro, incluindo o colapso gravitacional a partir de dados iniciais regulares e da estrutura geométrica do exterior. do buraco negro.

No entanto, deve notar-se que, embora tenham sido utilizados métodos matemáticos para provar a existência da teoria dos buracos negros extremos, isso não significa que devam existir buracos negros extremos.

O exemplo teórico tem a quantidade máxima de carga, mas os humanos ainda não observaram um buraco negro com carga óbvia. É mais provável encontrar um buraco negro de rotação rápida, então Keller e Unger também querem construir um modelo que permita que os buracos negros atinjam o limite da velocidade de rotação.

Mas construir tal modelo é matematicamente mais desafiador. Eles estão apenas começando a trabalhar nisso agora.

Keller e Unger têm tentado usar métodos matemáticos para explorar os segredos dos buracos negros.

Em 2023, Keller, sua professora Elena e outros também provaram, por meio de um estudo de 1.000 páginas, que, no sentido matemático, os buracos negros que giram lentamente são estáveis. Isto é importante para validar a relatividade geral porque se for instável no sentido matemático, pode significar que há um problema com a teoria subjacente.

△À esquerda está Keller, à direita está Unger

A última pesquisa publicada este ano não apenas subverte a conjectura proposta por Hawking, mas também fornece novos insights para pesquisas em campos de ponta, como a relatividade geral, a mecânica quântica e a teoria das cordas.