15 مه 2023 -توسط پل ام. ساتر، جهان امروز-نمای هنرمند از یک سیستم سیاهچاله دوتایی. اعتبار: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State. اعتبار: Aurore Simonnet
گروهی از فیزیکدانان نظری ساختار عجیبی را در فضا-زمان کشف کرده‌اند که برای یک ناظر بیرونی دقیقاً شبیه یک سیاهچاله به نظر می‌رسد، اما با بررسی دقیق‌تر چیزی جز این خواهد بود: آنها نقص‌هایی در ساختار هستی خواهند بود.
نظریه نسبیت عام انیشتین وجود سیاهچاله هایی را پیش بینی می کند که هنگام فروپاشی ستارگان غول پیکر به وجود آمده اند. اما همین نظریه پیش‌بینی می‌کند که مراکز آنها تکینگی‌ها هستند، که نقاطی با چگالی نامحدود هستند. از آنجایی که می دانیم چگالی های نامحدود نمی توانند در واقع در جهان اتفاق بیفتند، این را نشانه ناقص بودن نظریه انیشتین می دانیم. اما پس از نزدیک به یک قرن جستجو برای گسترش، ما هنوز نظریه بهتری از گرانش را تایید نکرده ایم.
اما ما نامزدهایی داریم، از جمله نظریه ریسمان. در نظریه ریسمان، تمام ذرات جهان در واقع حلقه های ریسمانی ارتعاشی میکروسکوپی هستند. به منظور حمایت از طیف گسترده ای از ذرات و نیروهایی که در جهان مشاهده می کنیم، این رشته ها نمی توانند فقط در سه بعد فضایی ما ارتعاش کنند. درعوض، باید ابعاد فضایی اضافی وجود داشته باشد که بر روی خود به صورت منیفولدهای بسیار کوچکی جمع شوند که از توجه و آزمایش روزمره فرار کنند.
آن ساختار عجیب و غریب در فضا-زمان به تیمی از محققان ابزارهای مورد نیاز را برای شناسایی یک کلاس جدید از جسم، چیزی که آنها سالیتون توپولوژیکی می نامند، داد. آنها در تجزیه و تحلیل خود دریافتند که این سالیتون های توپولوژیکی نقص های پایداری در خود فضا-زمان هستند. آنها برای وجود هیچ ماده یا نیروهای دیگری نیاز ندارند – آنها به اندازه شکاف های یخ در بافت فضا-زمان طبیعی هستند. این تحقیق در مجله Physical Review D منتشر شده است.
محققان این سالیتون ها را با بررسی رفتار نوری که از نزدیک آنها می گذرد مورد مطالعه قرار دادند. از آنجایی که آنها اجسامی از فضا-زمان شدید هستند، فضا و زمان را به اطراف خود خم می کنند که بر مسیر نور تأثیر می گذارد. برای یک ناظر دور، این سالیتون ها دقیقاً همانطور که ما پیش بینی می کنیم سیاهچاله ها ظاهر شوند ظاهر می شوند. آنها سایه ها، حلقه هایی از نور، خواهند داشت. تصاویر به دست آمده از تلسکوپ افق رویداد و امضاهای امواج گرانشی شناسایی شده همگی یکسان رفتار می کنند.
تنها زمانی که به آن نزدیک می شوید متوجه می شوید که به سیاهچاله نگاه نمی کنید. یکی از ویژگی های کلیدی یک سیاهچاله افق رویداد آن است، سطحی خیالی که اگر بخواهید از آن عبور کنید، نمی توانید از آن فرار کنید. سالیتون های توپولوژیکی، چون تکینگی نیستند، افق رویداد را نشان نمی دهند. بنابراین می‌توانید در اصل به یک سولیتون بروید و آن را در دست بگیرید، با این فرض که از برخورد جان سالم به در برده‌اید.
این سالیتون‌های توپولوژیکی بر اساس درک ما از نظریه ریسمان، که هنوز به‌روزرسانی قابل قبولی برای درک ما از فیزیک ثابت نشده است، اجرام فوق‌العاده فرضی هستند. با این حال، این اشیاء عجیب و غریب به عنوان مطالعات آزمایشی مهم عمل می کنند. اگر محققان بتوانند یک تفاوت رصدی مهم بین سالیتون های توپولوژیکی و سیاهچاله های سنتی را کشف کنند، این ممکن است راه را برای یافتن راهی برای آزمایش خود نظریه ریسمان هموار کند.
