Enligt ny forskning från SISSA, ICTP och INFN, svarta hål kan vara som hologram, där all information för att producera en tredimensionell bild kodas i en tvådimensionell yta. Som bekräftas av kvantteorier, svarta hål kan vara oerhört komplicerat, och koncentrera en enorm mängd information i två dimensioner, som de största hårddiskarna som finns i naturen. Denna idé ligger i linje med Einsteins relativitetsteori, som beskriver svarta hål som tredimensionella, enkel, sfärisk och slät, som avbildas i den första bilden någonsin av ett svart hål som cirkulerade 2019. Kort sagt, svarta hål verkar vara tredimensionella, precis som hologram. Studien, som förenar två motstridiga teorier, har nyligen publicerats i Fysisk granskning X .

Mysteriet med svarta hål

För vetenskapsmän, svarta hål utgör enorma teoretiska utmaningar av många anledningar. Dom är, till exempel, utmärkta representanter för den teoretiska fysikens stora svårigheter att förena principerna för Einsteins allmänna relativitetsteori med gravitationens kvantfysik. Enligt relativiteten, svarta hål är enkla kroppar utan information. Enligt kvantfysiken, som hävdas av Jacob Bekenstein och Stephen Hawking, de är de mest komplexa befintliga systemen eftersom de kännetecknas av enorm entropi, som mäter komplexiteten i ett system, och innehåller följaktligen mycket information.

Den holografiska principen tillämpas på svarta hål

För att studera svarta hål, de två författarna till den nya studien, Francesco Benini (SISSA professor, ICTP vetenskaplig konsult och INFN-forskare) och Paolo Milan (SISSA och INFN-forskare), använde en 30 år gammal idé som kallas holografisk princip. Forskarna skriver, "Denna revolutionära och lite kontraintuitiva princip föreslår att tyngdkraftens beteende i en given rymdregion alternativt kan beskrivas i termer av ett annat system, som bara lever längs kanten av den regionen och därför i en dimension mindre. Och, mer viktigt, i denna alternativa beskrivning (kallad holografisk), gravitationen framträder inte explicit. Med andra ord, den holografiska principen tillåter oss att beskriva gravitation med ett språk som inte innehåller gravitation, på så sätt undviker friktion med kvantmekanik."

Vad Benini och Milan har gjort är att tillämpa teorin om den holografiska principen på svarta hål. På det här sättet, deras mystiska termodynamiska egenskaper har blivit mer förståeliga:Fokusera på att förutsäga att dessa kroppar har en stor entropi och observera dem i termer av kvantmekanik, du kan beskriva dem precis som ett hologram - de har två dimensioner, där gravitationen försvinner, men de återger ett objekt i tre dimensioner.

Från teori till observation

Denna studie är bara det första steget mot en djupare förståelse av dessa kosmiska kroppar och de egenskaper som kännetecknar dem när kvantmekanik korsar allmän relativitet. Allt är viktigare nu i en tid då observationer inom astrofysik upplever en otrolig utveckling. Tänk bara på observationen av gravitationsvågor från sammansmältningen av svarta hål, resultatet av samarbetet mellan LIGO och Jungfrun, eller faktiskt, det svarta hålet gjort av Event Horizon Telescope som producerade denna extraordinära bild. Inom en snar framtid, vi kanske kan testa våra teoretiska förutsägelser om kvantgravitation, som de som gjorts i denna studie, genom observation. Och detta, ur vetenskaplig synvinkel, skulle vara något helt exceptionellt.