Die Allgemeine Relativitätstheorie ist eine zutiefst komplexe mathematische Theorie, aber ihre Beschreibung von Schwarzen Löchern ist erstaunlich einfach. Ein stabiles Schwarzes Loch kann nur durch drei Eigenschaften beschrieben werden: seine Masse, seine elektrische Ladung und seine Rotation oder sein Spin. Da Schwarze Löcher wahrscheinlich nicht viel Ladung haben, braucht es wirklich nur zwei Eigenschaften. Wenn Sie die Masse und den Spin eines Schwarzen Lochs kennen, wissen Sie alles, was Sie über das Schwarze Loch wissen müssen.
Diese Eigenschaft wird oft zusammengefaßt durch die No-Hair-Theorem. Insbesondere besagt das Theorem, dass, sobald Materie in ein Schwarzes Loch fällt, die einzige Eigenschaft, die übrig bleibt, die Masse ist. Sie könnten aus dem Wasserstoff einer Sonne, Stühlen oder diesen alten Kopien von ein Schwarzes Loch machenNational Geographicvon Omas Dachboden, und es würde keinen Unterschied geben. Masse ist Masse im Sinne der Allgemeinen Relativitätstheorie. In jedem Fall ist der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs vollkommen glatt, ohne zusätzliche Merkmale. Wie Jacob Bekenstein sagte, haben Schwarze Löcher keine Haare.
Der Konflikt zwischen Relativität und Quantentheorie führt zum Firewall-Paradoxon. Bildnachweis: Jeremy Perkins / Unsplash
Aber bei all ihrer Vorhersagekraft hat die Allgemeine Relativitätstheorie ein Problem mit der Quantentheorie. Dies gilt insbesondere für Schwarze Löcher. Wenn das No-Hair-Theorem richtig ist, wird die in einem Objekt gespeicherte Information zerstört, wenn es den Ereignishorizont überquert. Die Quantentheorie besagt, dass Informationen niemals zerstört werden können. Der gültigen Theorie der Gravitation widerspricht also die gültige Theorie der Quanten. Dies führt zu Problemen wie der Firewall-Paradoxon, die nicht entscheiden können, ob ein Ereignishorizont heiß oder kalt sein soll.
Zur Lösung dieses Widerspruchs wurden mehrere Theorien vorgeschlagen, die häufig Erweiterungen der Relativitätstheorie beinhalten. Der Unterschied zwischen der Standardrelativität und diesen modifizierten Theorien ist jedoch nur in Extremsituationen sichtbar, was es schwierig macht, sie mit Beobachtungen zu studieren. Aber ein neues Papier inPhysische Überprüfungsschreibenzeigt, wie sie durch den Spin eines Schwarzen Lochs untersucht werden könnten.
Die Temperatur in einem Raum ist ein Beispiel für ein Skalarfeld. Bildnachweis: Lucas Vieira
Viele modifizierte Relativitätstheorien haben einen zusätzlichen Parameter, der in der Standardtheorie nicht zu sehen ist. Es ist als masseloses Skalarfeld bekannt und ermöglicht es Einsteins Modell, sich auf nicht widersprüchliche Weise mit der Quantentheorie zu verbinden. In dieser neuen Arbeit untersuchte das Team, wie ein solches Skalarfeld mit der Rotation eines Schwarzen Lochs zusammenhängt. Sie fanden heraus, dass ein modifiziertes Schwarzes Loch bei niedrigen Spins nicht vom Standardmodell zu unterscheiden ist, aber bei hohen Rotationen ermöglicht das Skalarfeld einem Schwarzen Loch zusätzliche Funktionen. Mit anderen Worten, in diesen alternativen Modellen können schnell rotierende Schwarze Löcher Haare haben.
Die haarigen Aspekte rotierender Schwarzer Löcher wären nur in der Nähe des Ereignishorizonts selbst zu sehen, würden aber auch das Verschmelzen von Schwarzen Löchern beeinflussen. Wie die Autoren betonen, sollten zukünftige Gravitationswellen-Observatorien in der Lage sein, schnell rotierende Schwarze Löcher zu verwenden, um festzustellen, ob eine Alternative zur Allgemeinen Relativitätstheorie gültig ist.
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie hat bisher alle Beobachtungsherausforderungen bestanden, aber sie wird wahrscheinlich in den extremsten Umgebungen des Universums zusammenbrechen. Studien wie diese zeigen, wie wir möglicherweise die nächste Theorie entdecken können.
Referenz:Alexandru Dima et al. “ Spininduzierte Spontane Skalarisierung von Schwarzen Löchern . 'Physische Überprüfungsschreiben125,23 (2020): 231101.
