Volgens nieuw onderzoek van SISSA, ICTP en INFN, zwarte gaten kunnen net hologrammen zijn, waarin alle informatie om een ​​driedimensionaal beeld te produceren is gecodeerd in een tweedimensionaal oppervlak. Zoals bevestigd door kwantumtheorieën, zwarte gaten kunnen ongelooflijk complex zijn, en een enorme hoeveelheid informatie concentreren in twee dimensies, zoals de grootste harde schijven die in de natuur bestaan. Dit idee sluit aan bij de relativiteitstheorie van Einstein, die zwarte gaten beschrijft als driedimensionaal, eenvoudig, bolvormig en glad, zoals weergegeven in de allereerste afbeelding van een zwart gat die in 2019 circuleerde. zwarte gaten lijken driedimensionaal te zijn, net als hologrammen. De studie, die twee tegenstrijdige theorieën verenigt, is onlangs gepubliceerd in Fysieke beoordeling X .

Het mysterie van zwarte gaten

Voor wetenschappers, zwarte gaten vormen om vele redenen formidabele theoretische uitdagingen. Zij zijn, bijvoorbeeld, uitstekende vertegenwoordigers van de grote moeilijkheden van de theoretische fysica bij het verenigen van de principes van Einsteins algemene relativiteitstheorie met die van de kwantumfysica van de zwaartekracht. Volgens de relativiteitstheorie zwarte gaten zijn eenvoudige lichamen zonder informatie. Volgens de kwantumfysica, zoals beweerd door Jacob Bekenstein en Stephen Hawking, het zijn de meest complexe bestaande systemen omdat ze worden gekenmerkt door enorme entropie, die de complexiteit van een systeem meet, en bevatten daardoor veel informatie.

Het holografische principe toegepast op zwarte gaten

Om zwarte gaten te bestuderen, de twee auteurs van de nieuwe studie, Francesco Benini (SISA-hoogleraar, ICTP wetenschappelijk adviseur en INFN onderzoeker) en Paolo Milan (SISSA en INFN onderzoeker), gebruikte een 30 jaar oud idee genaamd het holografische principe. De onderzoekers schrijven, "Dit revolutionaire en enigszins contra-intuïtieve principe stelt voor dat het gedrag van de zwaartekracht in een bepaald gebied van de ruimte als alternatief kan worden beschreven in termen van een ander systeem, die alleen langs de rand van die regio leeft en dus in een dimensie minder. En, belangrijker, in deze alternatieve beschrijving (holografisch genoemd), zwaartekracht komt niet expliciet naar voren. Met andere woorden, het holografische principe stelt ons in staat om zwaartekracht te beschrijven in een taal die geen zwaartekracht bevat, waardoor wrijving met de kwantummechanica wordt vermeden."

Wat Benini en Milan hebben gedaan, is de theorie van het holografische principe toepassen op zwarte gaten. Op deze manier, hun mysterieuze thermodynamische eigenschappen zijn begrijpelijker geworden:focussen op het voorspellen dat deze lichamen een grote entropie hebben en ze observeren in termen van kwantummechanica, je kunt ze net als een hologram beschrijven - ze hebben twee dimensies, waarin de zwaartekracht verdwijnt, maar ze reproduceren een object in drie dimensies.

Van theorie naar observatie

Deze studie is slechts de eerste stap naar een dieper begrip van deze kosmische lichamen en van de eigenschappen die ze kenmerken wanneer de kwantummechanica de algemene relativiteitstheorie kruist. Alles is nu belangrijker in een tijd waarin waarnemingen in de astrofysica een ongelooflijke ontwikkeling doormaken. Denk maar aan de waarneming van zwaartekrachtsgolven door de fusie van zwarte gaten, het resultaat van de samenwerking tussen LIGO en Virgo, of inderdaad, die van het zwarte gat gemaakt door de Event Horizon Telescope die dit buitengewone beeld produceerde. In de nabije toekomst, kunnen we misschien onze theoretische voorspellingen over kwantumzwaartekracht testen, zoals die in dit onderzoek zijn gemaakt, door observatie. En dit, vanuit wetenschappelijk oogpunt, zou iets absoluut uitzonderlijks zijn.