En forskargrupp ledd av fysiker vid University of California, Berkeley, har föreslagit ett nytt sätt att förstå svarta hål som kan omdefiniera energi. Teamets arbete, publicerat i tidskriften Physical Review Letters, erbjuder ett nytt sätt att förstå hur energi försvinner i svarta hål och kan leda till en bättre förståelse av kvantgravitationen.

Svarta hål är områden i rum-tiden där gravitationen är så stark att ingenting, inte ens ljus, kan fly. De beskrivs ofta som att de har en singularitet, en punkt med oändlig densitet och noll volym. Fysikens lagar går sönder i en singularitet, och det är inte klart hur man ska förena detta med kvantmekanikens lagar.

En av fysikens viktigaste utmaningar är att utveckla en teori om kvantgravitation som kan beskriva beteendet hos materia och energi i närheten av ett svart hål. Ett populärt tillvägagångssätt är att använda strängteori, vilket är ett teoretiskt ramverk som försöker förena fysikens lagar genom att beskriva allt i termer av vibrerande strängar.

Strängteorin förutspår att svarta hål har en ändlig mängd entropi, vilket är ett mått på störningen i ett system. Det har dock varit svårt att beräkna det exakta värdet av entropin i ett svart hål.

I den nya studien använde Berkeley-teamet en teknik som kallas AdS/CFT-korrespondens för att beräkna entropin i ett svart hål. AdS/CFT-korrespondensen är ett matematiskt knep som relaterar fysiken i en starkt kopplad kvantfältteori till fysiken i en högre dimensionell anti-de Sitter (AdS) rum-tid.

Genom att använda AdS/CFT-korrespondensen kunde teamet beräkna entropin för ett svart hål i termer av antalet frihetsgrader i fältteorin. Detta gjorde det möjligt för dem att visa att entropin i ett svart hål är proportionell mot arean av dess horisont, vilket är den gräns bortom vilken ingenting kan fly.

Detta resultat är betydelsefullt eftersom det ger ett nytt sätt att förstå hur energi går förlorad i ett svart hål. Entropin för ett svart hål är ett mått på antalet sätt som energin i det svarta hålet kan fördelas på. Det faktum att entropin hos ett svart hål är proportionell mot arean av dess horisont tyder på att energin i ett svart hål är fördelad över hela horisonten, snarare än att vara koncentrerad till en singularitet.

Detta nya sätt att förstå svarta hål kan leda till en bättre förståelse av kvantgravitationen. Genom att studera svarta håls entropi kan fysiker kanske lära sig mer om rumtidens natur och materias och energis beteende i närheten av ett svart hål.