Găurile negre pot avea propria lor versiune a presiunii, dar care este diferită de cea găsită peste tot în univers. Calculele modului în care mecanica cuantică afectează gravitația la marginea găurilor negre indică faptul că aceste regiuni pot avea o anumită presiune. Aceasta a fost o constatare complet neașteptată pentru fizicieni.
Problema modului în care mecanica cuantică și gravitația se potrivesc împreună este unul dintre cele mai mari mistere din fizica modernă. Marginea unei găuri negre este una dintre puținele regiuni cu condiții suficient de extreme pentru ca efectele acestora să fie simultan relevante. Xavier Calmet și Folkert Kuipers, din cadrul Universității din Sussex din Marea Britanie, au folosit o platformă, numită teoria cuantică a câmpului, pentru a explora ce se întâmplă atunci când mecanica cuantică și gravitația se întâlnesc la marginea unei găuri negre.
Aceștia au calculat modul în care fluctuațiile cuantice minuscule ar crea efecte care nu sunt luate în considerare de ecuațiile standard de gravitație. Aceste calcule au relevat o variabilă surprinzătoare, sugerând că fluctuațiile particulelor cuantice de la marginea unei găuri negre ar trebui să ofere presiune acesteia.
„Descoperirea a fost complet neașteptată”, a declarat Calmet. Când găurile negre au fost pentru prima dată sub formă de ipoteze, fizicienii au crezut că acestea ar trebui să fie extrem de simple. Lucrările ulterioare ale fizicianului Stephen Hawking și ale altora au arătat că acestea emit particule într-un proces cunoscut acum sub numele de radiație Hawking, sugerând existența unei anumite temperaturi. Acest lucru în sine a fost o surpriză. Acum, descoperirea presiunii înseamnă că găurile negre sunt și mai complicate, a adăugat Calmet.
Cu toate acestea, cercetătorii nu și-au dat încă seama ce ar putea însemna această presiune în sens fizic. Conceptul de zi cu zi de presiune implică mișcarea moleculelor care se împing împotriva unui obiect. Marginea sau orizontul unei găuri negre este aproape gol, astfel încât nu există loc în care să împingă moleculele.
„Aici sursa presiunii trebuie să fie 100% fluctuații pur cuantice. Nu este genul de presiune cu care suntem obișnuiți”, a declarat Stephen Hsu din cadrul Universității de Stat din Michigan. Fluctuațiile cuantice creează particule virtuale, care ar putea, teoretic, să conducă presiunea.
Dacă vă imaginați orizontul de evenimente al unei găuri negre ca un balon, presiunea nu vine din interior sau exterior pentru a micșora sau extinde balonul, ci vine din interiorul materialului balonului în sine. „Ne putem imagina orizontul ca pe o suprafață destul de neobișnuită. Prin urmare, presiunea îl va împinge, spre interior (dacă este negativ) sau spre exterior (dacă este pozitiv), corespunzând unei reduceri sau creșteri a masei găurii negre”, a explicat Roberto Casadio din cadrul Universității din Bologna din Italia.
Cercetătorii au descoperit că presiunea a fost negativă, așa că ar trebui să corespundă cu o gaură neagră care se micșorează în timp. Acest lucru este în concordanță cu alte lucrări care sugerează că găurile negre devin mai mici pe măsură ce prezintă radiații Hawking. Cele două fenomene ar putea fi legate, dar în acest moment acest lucru este neclar.
S-ar putea să dureze mult timp pentru a înțelege exact de unde vine această presiune și care sunt consecințele sale pentru înțelegerea găurilor negre. Însă, pentru că presiune provine de la fluctuațiile cuantice, a afla mai multe despre acestea ar putea fi un pas spre înțelegerea gravitației cuantice.
„Orice caracteristică nouă pe care o descoperim despre găurile negre la nivel cuantic ne poate oferi indicii despre cum să îmbinăm gravitația și mecanica cuantică și ce caracteristici trebuie să aibă această teorie de bază”, a eclarat Calmet.