Et team av internasjonale forskere , inkludert professor Gilbert Weinstein ved Institutt for matematikk ved Ariel University i Israel, har nettopp gjort et betydelig gjennombrudd i studiet av generell relativitetsteori ved å gi et svar på et spørsmål som har vedvart i omtrent et halvt århundre: om flere sorte hull på linje på samme rotasjonsakse permanent kan opprettholde en tilstand av statisk likevekt, uten å nærme seg, slå seg sammen eller endre bevegelse.
Ved hjelp av matematisk analyse av Einsteins ligninger beviste forskerteamet at svaret er nei. Når det er to eller flere sorte hull i en slik konfigurasjon, kan ikke vekselvirkningskreftene mellom dem fullstendig kansellere hverandre ut, og en statisk likevektstilstand kan ikke opprettholdes permanent.
For å forstå betydningen av dette resultatet, må vi se tilbake på grunnleggende forskning på sorte hull fra 1970-tallet. Fysikere, inkludert Stephen Hawking og David Robinson, oppnådde viktige resultater knyttet til teoremene som ofte omtales som «hårløse» i generell relativitetsteori.
Følgelig kan et isolert og stabilt svart hull beskrives med svært få grunnleggende fysiske størrelser, først og fremst masse, vinkelmomentum og, i det mer generelle tilfellet, elektrisk ladning. Dette betyr at et stabilt svart hull i hovedsak er et relativt «enkelt» objekt når det gjelder parameterne som trengs for å beskrive det.
For et roterende, uladet svart hull beskrives denne tilstanden av Kerr-løsningen – den matematiske løsningen til Einsteins feltligninger for roterende sorte hull. Dette regnes som en av de viktigste løsningene i generell relativitetsteori. Når man ser på et enkelt sort hull isolert, gir disse resultatene et solid teoretisk rammeverk. Dette reiser imidlertid et mer komplekst spørsmål: hva skjer hvis flere sorte hull er justert langs samme rotasjonsakse?
Mer spesifikt ønsker forskere å vite om to eller flere sorte hull kan ligge på samme akse, opprettholde en fast avstand fra hverandre og eksistere på ubestemt tid i en likevektstilstand, uten å bli trukket nærmere hverandre eller til slutt slå seg sammen.
(Illustrasjonsbilde: AI)
I flere tiår manglet forskere et definitivt matematisk bevis for dette spørsmålet. Ifølge professor Weinstein ble det nye gjennombruddet oppnådd gjennom en grundig analyse av Einsteins vakuumligninger – et system av ligninger som beskriver geometrien til romtid i materiefrie områder. Han uttalte at forskerteamet beviste unikhetsantagelsen, ifølge hvilken det ikke finnes en stabil, tidsinvariant konfigurasjon av flere sorte hull som ligger på samme rotasjonsakse.
Forskningsresultatene viser at når et system har mer enn ett svart hull, kan ikke samspillkreftene mellom dem fullstendig kanselleres ut. Ifølge professor Weinstein eksisterer det alltid en kombinert gravitasjonskraft langs den felles rotasjonsaksen som forbinder de svarte hullene. Derfor kan ikke de svarte hullene «flyte» i faste posisjoner i forhold til hverandre i en tilstand av statisk likevekt. De ubalanserte gravitasjonskreftene vil uunngåelig føre til at systemets konfigurasjon endres og utvikler seg over tid. En mulighet er at de svarte hullene vil bli trukket nærmere hverandre og til slutt smelte sammen.
Denne oppdagelsen gir ikke bare en løsning på et komplekst matematisk problem som har eksistert i omtrent et halvt århundre, men bidrar også til en mer fullstendig forståelse av de grunnleggende lovene som styrer objekter med ekstremt sterke gravitasjonsfelt i universet.
Sorte hull er blant de mest ekstraordinære objektene i moderne fysikk. Gravitasjonsfeltene deres er så sterke at når de først krysser hendelseshorisonten, kan ikke engang lys slippe ut. Å studere hvordan flere sorte hull samhandler med hverandre er derfor avgjørende for å teste og utvikle vår forståelse av generell relativitetsteori.
Ifølge forskerteamet slår det nye beviset matematisk fast at en slik likevektstilstand ikke kan eksistere for et system med mange sorte hull under de studerte forholdene. Dette resultatet bidrar til å lukke et betydelig gap i studiet av generell relativitetsteori og tydeliggjør dynamikken mellom objektene med de sterkeste gravitasjonsfeltene i universet.
Faktisk har fenomenet med to sorte hull som nærmer seg og smelter sammen blitt et viktig forskningsområde innen moderne astronomi. Sammensmeltingsprosessen kan generere gravitasjonsbølger – krusninger i romtidens struktur som Albert Einstein forutså basert på sin generelle relativitetsteori.
De nye funnene viser at tilsynelatende grunnleggende spørsmål om sorte hull fortsatt kan kreve flere tiår med matematisk forskning for å finne svar. Samtidig gir resultatene ytterligere teoretisk grunnlag for at forskere bedre skal forstå hvordan systemer med flere sorte hull fungerer og utvikler seg under påvirkning av tyngdekraften – et av de mest ekstreme fenomenene i universet.
Kilde: https://vtv.vn/giai-bai-toan-lau-nam-ve-trang-thai-can-bang-cua-cac-ho-den-100260909182750545.htm