I den verkliga världen, ditt förflutna bestämmer unikt din framtid. Om en fysiker vet hur universum börjar, hon kan beräkna dess framtid för all tid och allt utrymme.

Men en UC Berkeley -matematiker har hittat några typer av svarta hål där denna lag bryts ner. Om någon skulle våga sig in i ett av dessa relativt godartade svarta hål, de kunde överleva, men deras förflutna skulle utplånas och de kunde ha ett oändligt antal möjliga framtider.

Sådana påståenden har framförts tidigare, och fysiker har åberopat "stark kosmisk censur" för att bortförklara det. Det är, något katastrofalt - vanligtvis en hemsk död - skulle hindra observatörer från att faktiskt komma in i en rymdtid där deras framtid inte var unikt bestämd. Denna princip, föreslogs först för 40 år sedan av fysikern Roger Penrose, håller heligt en idé - determinism - nyckeln till någon fysisk teori. Det är, med tanke på det förflutna och nuet, universums fysiska lagar tillåter inte mer än en möjlig framtid.

Men, säger UC Berkeley postdoktor Peter Hintz, matematiska beräkningar visar att för vissa specifika typer av svarta hål i ett universum som vårt, som expanderar i en accelererande takt, det är möjligt att överleva passagen från en deterministisk värld till ett icke-deterministiskt svart hål.

Hur livet skulle se ut i ett utrymme där framtiden var oförutsägbar är oklart. Men fyndet betyder inte att Einsteins ekvationer av allmän relativitet, som hittills perfekt beskriver kosmos utveckling, är fel, sa Hintz, en lerforskare.

"Ingen fysiker kommer att resa in i ett svart hål och mäta det. Det här är en matematisk fråga. Men ur den synvinkeln, detta gör Einsteins ekvationer matematiskt mer intressanta, "sa han." Det här är en fråga man egentligen bara kan studera matematiskt, men det har fysiskt, nästan filosofiska konsekvenser, vilket gör det väldigt coolt. "

"Denna ... slutsats motsvarar ett allvarligt misslyckande i determinismen i allmän relativitet som inte kan tas lätt med tanke på vikten i modern kosmologi" av att accelerera expansionen, sa hans kollegor vid universitetet i Lissabon i Portugal, Vitor Cardoso, João Costa och Kyriakos Destounis, och vid Utrecht University, Aron Jansen.

Som citerat av Fysikvärlden , Gary Horowitz från UC Santa Barbara, som inte var inblandad i forskningen, sade att studien ger "det bästa beviset jag vet för ett brott mot stark kosmisk censur i en teori om gravitation och elektromagnetism."

Hintz och hans kollegor publicerade ett papper som beskriver dessa ovanliga svarta hål förra månaden i tidningen Fysiska granskningsbrev .

Bortom händelsehorisonten

Svarta hål är bisarra föremål som får sitt namn från det faktum att ingenting kan undkomma deras gravitation, inte ens ljus. Om du vågar dig för nära och korsar den så kallade händelsehorisonten, du kommer aldrig fly.

För små svarta hål, du skulle aldrig överleva ett så nära tillvägagångssätt ändå. Tidvattenkrafterna nära händelsehorisonten räcker för att spagettifiera allt:det vill säga sträck det tills det är en rad atomer.

Men för stora svarta hål, som de supermassiva föremålen vid kärnorna i galaxer som Vintergatan, som väger tiotals miljoner om inte miljarder gånger massan av en stjärna, att korsa händelsehorisonten skulle vara, väl, händelselös.

Eftersom det borde vara möjligt att överleva övergången från vår värld till världen med svarta hål, fysiker och matematiker har länge undrat hur den världen skulle se ut, och har vänt sig till Einsteins ekvationer av allmän relativitet för att förutsäga världen inuti ett svart hål. Dessa ekvationer fungerar bra tills en observatör når mitten eller singulariteten, där i teoretiska beräkningar rymdtidens krökning blir oändlig.

Redan innan du når mitten, dock, en svart hålsutforskare - som aldrig skulle kunna kommunicera vad hon hittade till omvärlden - kunde stöta på några konstiga och dödliga milstolpar. Hintz studerar en specifik typ av svart hål - en standard, icke-roterande svart hål med en elektrisk laddning-och ett sådant objekt har en så kallad Cauchy-horisont inom händelsehorisonten.

Cauchy -horisonten är platsen där determinismen bryts ner, där det förflutna inte längre avgör framtiden. Fysiker, inklusive Penrose, har hävdat att ingen observatör någonsin skulle kunna passera genom Cauchys horisontpunkt eftersom de skulle förintas.

Som argumentet går, när en observatör närmar sig horisonten, tiden saktar ner, eftersom klockor tickar långsammare i ett starkt gravitationsfält. Som ljus, gravitationella vågor och allt annat som möter det svarta hålet faller oundvikligen mot Cauchy -horisonten, en observatör som också faller inåt skulle så småningom se all denna energi tappa in samtidigt. I själva verket, all energi som det svarta hålet ser under universums livstid träffar Cauchy -horisonten samtidigt, spränga i glömska alla observatörer som kommer så långt.

Du kan inte se evigt i ett växande universum

Hintz insåg, dock, att detta kanske inte gäller i ett växande universum som accelererar, som vår egen. Eftersom rymdtiden allt mer dras isär, mycket av det avlägsna universum kommer inte alls att påverka det svarta hålet, eftersom den energin inte kan resa snabbare än ljusets hastighet.

Faktiskt, den tillgängliga energin för att falla in i det svarta hålet är bara den som finns inom den observerbara horisonten:universums volym som det svarta hålet kan förvänta sig att se under dess existens. För oss, till exempel, den observerbara horisonten är större än de 13,8 miljarder ljusår vi kan se in i det förflutna, eftersom det innehåller allt som vi kommer att se för alltid in i framtiden. Universums accelererande expansion kommer att hindra oss från att se bortom en horisont på cirka 46,5 miljarder ljusår.

I det scenariot, universums expansion motverkar förstärkningen som orsakas av tidsutvidgning inuti det svarta hålet, och för vissa situationer, avbryter det helt. I dessa fall - särskilt slät, icke-roterande svarta hål med en stor elektrisk laddning, så kallade Reissner-Nordström-de Sitter svarta hål-en observatör kunde överleva genom att passera genom Cauchy-horisonten och in i en icke-deterministisk värld.

"Det finns några exakta lösningar på Einsteins ekvationer som är helt smidiga, utan knäck, inga tidvattenkrafter går till oändligheten, där allt är välskött upp till denna Cauchy -horisont och bortom, " han sa, notera att passagen genom horisonten skulle vara smärtsam men kort. "Efter det, Alla insatser är avstängda; i vissa fall, såsom ett Reissner-Nordström-de Sitter svart hål, man kan helt undvika den centrala singulariteten och leva för alltid i ett okänt universum. "

Visserligen, han sa, laddade svarta hål är osannolikt att existera, eftersom de skulle locka motsatt laddad materia tills de blev neutrala. Dock, de matematiska lösningarna för laddade svarta hål används som fullmakter för vad som skulle hända inuti roterande svarta hål, som förmodligen är normen. Hintz hävdar att smidig, roterande svarta hål, kallade Kerr-Newman-de Sitter svarta hål, skulle bete sig på samma sätt.

"Det är upprörande, tanken på att du kan ge dig ut med en elektriskt laddad stjärna som genomgår kollaps till ett svart hål, och sedan reser Alice in i det här svarta hålet och om parametrarna för det svarta hålet är tillräckligt extrema, det kan vara så att hon bara kan korsa Cauchy -horisonten, överlever det och når en region i universum där man känner till stjärnans fullständiga initiala tillstånd, hon kommer inte att kunna säga vad som kommer att hända, "Sade Hintz." Det är inte längre unikt bestämt av full kunskap om de ursprungliga förhållandena. Det är därför det är väldigt besvärligt. "

Han upptäckte dessa typer av svarta hål genom att samarbeta med Cardoso och hans kollegor, som beräknade hur ett svart hål ringer när det träffas av gravitationella vågor, och vilken av dess toner och övertoner varade längst. I vissa fall, även den längsta överlevande frekvensen försvann tillräckligt snabbt för att förhindra att förstärkningen förvandlar Cauchy -horisonten till en död zon.

Hintz papper har redan utlöst andra papper, varav en påstår sig visa att de flesta välskötta svarta hål inte kommer att kränka determinismen. Men Hintz insisterar på att en överträdelse är ett för mycket.

"Folk hade varit nöjda i cirka 20 år, sedan mitten av 90 -talet, att stark kosmologisk censur alltid verifieras, "sa han." Vi utmanar den synvinkeln. "