Изследователи определят „пределната скорост“ на черните дупки, предлагайки нови закони на физиката

Учените отдавна се опитват да разберат пределите на възможностите на черните дупки – космическите обекти, чиято гравитация улавя всичко, включително светлината. Скорошно проучване разкри границата на скоростта, с която тези обекти могат да се движат и тя е около 10 % от скоростта на светлината. Ако в бъдеще (в резултат на нови наблюдения) се окаже, че тази граница е по-висока, това може да означава съществуването на неизвестни досега закони на физиката.

Черните дупки са области от пространството, в които гравитацията е толкова силна, че нищо, дори светлината, не може да се измъкне. Тези космически обекти, често образувани от гравитационния колапс на масивни звезди, са очарователни както за учените, така и за широката публика. Тяхната природа и поведение дават представа за най-мощните сили във Вселената.

Когато два такива космически гиганта се приближат един до друг, те могат да се слеят или да се отблъснат. Решаващият въпрос е: с каква скорост могат да се движат? Неотдавна двама изследователи от Технологичния институт в Рочестър успяха да изчислят тази скорост. Това откритие може да преразгледа представите ни за законите, управляващи пространството и времето. Резултатите от изследването са публикувани в списание Physical Review Letters.

За да изследват поведението на черните дупки при тяхното взаимодействие, изследователите са използвали числени симулации, основани на теорията на относителността на Айнщайн, която описва движението на обектите в пространство-времето. Тези симулации, извършени с помощта на суперкомпютри, са използвани за моделиране на взаимодействието на две черни дупки, когато те преминават близо една до друга.

Двамата изследователи, Карлос Лусто и Джеймс Хийли, анализираха еволюцията на черните дупки като функция на четири параметъра: първоначалното им движение, разстоянието при най-голямо приближаване, ориентацията на въртенето им и големината на това въртене. Тези числени методи, макар и разработени преди повече от 50 години, бяха приложени на практика едва през 2005 г. Чрез настройване на четирите гореспоменати параметъра изследователите са провели 1381 симулации. Те установиха, че черните дупки с противоположни спинове, които се въртят една спрямо друга, могат да достигнат максимални скорости на отскок, което отчасти се обяснява с изкривяването на гравитационното излъчване от противоположните спинове.

По-конкретно тези симулации показаха, че когато една черна дупка се отдръпне след някакво взаимодействие, нейната скорост може да достигне почти 102 милиона километра в час. Това се равнява на една десета от скоростта на светлината – скорост, която досега бе немислима за такъв масивен обект. Ако бъде потвърдено от реални наблюдения, това откритие може да оспори някои фундаментални предположения за начина, по който обектите си взаимодействат при скорости, близки до скоростта на светлината, като по този начин ще открие нови пътища за изследвания в областта на физиката.

Нов поглед върху универсалните физични закони

За Карлос Лусто ограничението на скоростта на черните дупки не е просто изолирано наблюдение, пише той за Live Science. Той по-скоро го разглежда като потенциална част от много по-голям пъзел, предполагайки, че тази скорост може да бъде свързана с по-широка система от физични закони, управляващи Вселената.

Тези закони не се ограничават до масивни обекти като черните дупки, казва той, а могат да се разпространят до много по-малки мащаби, като например субатомните частици. Най-интригуващата последица от неговото твърдение е, че ако бъдещи наблюдения открият черни дупки, движещи се със скорост, по-висока от тази граница, това би могло да постави под въпрос настоящото ни разбиране за физиката. Това би отворило врати за откриването на нови закони или принципи, които все още не са идентифицирани или разбрани от научната общност.

Откриването на границата на скоростта на тези космически обекти не е просто научен куриоз. То е важен крайъгълен камък, който би могъл да окаже дълбоко въздействие върху начина, по който възприемаме и тълкуваме физическите явления, свързани с пространство-времето.

Разбира се, обединението на двата стълба на фундаменталната физика – общата теория на относителността за гравитацията и квантовата теория за другите фундаментални сили – все още е далеч, но черните дупки и свързаните с тях знания дават възможност да се изградят нови мостове. Лусто обобщава:

„Това далеч не е строго доказателство. Но има линия, която заслужава по-нататъшни изследвания и от която някой друг или ние самите може да успеем да извлечем нещо“.