קטגוריה: תיאוריית המיתרים

פורסם ב

הצגת השאלה הקוסמית: מה מתרחש בתוך חור שחור?

הטענה הפרובוקטיבית של AI: "בני אדם בורים"

שקול את השאלות המסקרנות הבאות: מה קורה לעצם ממדי מרחב זמן בתוך חור שחור? תגובות שונות מ-AI מדגישות גם את ההבנה הנוכחית שלנו - וגם את המגבלות שלנו.

פבלו קרלוס בודסי, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0באמצעות Wikimedia Commons

פרספקטיבה ראשונה: המשכיות של זמן מרחב ארבע-ממדי

תשובה אחת טוענת שחפצים שנופלים לתוך חור שחור אינם מאבדים ממדים. בהשקפה זו, המרחב הזמן שומר על המבנה הארבע-ממדי שלו (שלושה ממדי מרחב ועוד אחד של זמן) הן מחוץ לאופק האירוע והן בתוך אופק האירועים. הסינגולריות - שבה הצפיפות הופכת לאינסופית - אינה למעשה מצב שהופחת ל-1D. במקום זאת, הוא מייצג נקודה שבה תורת היחסות הכללית מתפרקת לאחר כניסה לחור שחור. למרות שתיאוריות כבידה קוונטיות כמו כבידה קוונטית בלולאה מציעות חלופות (למשל, "הקפצות" הנמנעות מהמצב הסינגולרי), אף אחד מהרעיונות הללו אינו כרוך בהפחתה במספר הממדים.

פרספקטיבה שנייה: התמוטטות ממדי בסינגולריות

תגובה שלאחר מכן מאותו AI מדגישה פרספקטיבה אחרת. בתיאוריה של איינשטיין, הסינגולריות מוגדרת כנקודה של צפיפות אינסופית ועקמומיות קיצונית במרחב-זמן. זה המקום שבו משוואות תורת היחסות הכללית "מתפרקות". בתמונה קלאסית זו, המרחב-זמן מאבד את המבנה הארבע-מימדי המוגדר היטב שלו (3 ממדים מרחביים ועוד ממד זמן אחד). עבור חורים שחורים שאינם מסתובבים, או שוורצשילד, הסינגולריות מתוארת כנקודת 1D. לעומת זאת, עבור חורים שחורים מסתובבים (Kerr), הייחודיות לובשת צורה של טבעת 0D.

Urbane Legend, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/באמצעות Wikimedia Commons

ליישב את הסתירה: חפצים של מודלים מתמטיים

ה-AI מסביר את התגובות הסותרות לכאורה הללו בתזכורת שבתורת היחסות הכללית, הסינגולריות אינה אובייקט פיזי. במקום זאת, זהו חפץ מתמטי. התוויות "0D" ו-"1D" משמשות כקיצור גיאומטרי - מצייני מיקום מושגיים המציינים היכן התיאוריות הקלאסיות שלנו נכשלות. למעשה, כינויים אלה ("הנה דרקונים") מכירים בגבולות ההבנה הנוכחית שלנו לגבי סביבות כבידה קיצוניות, במיוחד אלה המערבות חורים שחורים.

אימוץ הלא נודע בפיזיקה תיאורטית

לסיכום, פרספקטיבה אחת טוענת זאת זמן המרחב נשאר ארבע ממדי לאורך המסע אל תוך חור שחור. זה נכון גם כשתורת היחסות הכללית מתפרקת בסינגולריות. נקודת מבט נוספת מעידה על כך שבסמוך לייחודיות, המסגרת הארבע-ממדית המוכרת אבדה. הוא קורס לנקודת 0D או לטבעת 1D בהתאם לסיבוב החור השחור. בסופו של דבר, שתי התשובות הן תזכורות לגבולות התיאוריות הנוכחיות שלנו ולאתגר המתמשך של איחוד תורת היחסות הכללית עם מכניקה קוואנטית.

התובנה של סטיבן הוקינג: להאיר את המגבלות שלנו

תמונה להמחשה מהרצאת רייט של סטיבן הוקינג ב-26 בינואר 2016 מדגישה עוד יותר את הנקודה הזו. התובנות של הוקינג מזכירות לנו שבעוד שלנו דגמים נוכחיים של חורים שחורים לוכדים היבטים רבים של המציאות, הם גם חושפים פערים עמוקים בידע שלנו.

עד שתתפתח תיאוריה מוצלחת של כוח הכבידה הקוונטית, תיאורים אלה נשארים בקירוב. הם משקפים את הבורות האנושית לא פחות מההבנה שלנו.

תמונה: מ סטיבן הוקינג הרצאת ריית', 26 בינואר 2016

פורסם ב

ספגטי קוסמי: חקר מטפורי של דואליות גל-חלקיקים ומנהור

להלן מטאפורות לתורת המיתרים ולפוטונים. מטפורות משמשות לעתים קרובות כדי להמחיש מושגים מתמטיים. אבל לא כל המטאפורות מטופלות כשוות.

ריי, המסביר הנלהב:

בואו נבין את זה.
המטאפורות הבאות מציגות איורים מלאי דמיון ולא מודלים מדויקים של אופן הפעולה של פוטונים, מנהור או מימדים נוספים. הוא מערבב תכונות של מכניקת הקוונטים עם אלמנטים ספקולטיביים של תורת המיתרים ואינו משקף הבנה מדעית עדכנית.

מדמיינים פוטונים

לאחר שניסיתי למצוא מודל חזותי של פוטון דמוי נקודה או קו המציג מנהור קוונטי - ונכשל בניסיון זה - אני הולך לומר שהפוטון, במצבו הטבעי, הוא כמו ישות מתפתלת (מסתחררת), בעצם ספגטי קוסמי. לא מהסוג הרפוי, ארוחת הערב. במקום זאת זה ה אל דנטה מיון, מתפתל בחלל 4D עם ראש וזנב כמו צלופחי חלל היפראקטיביים! באופן מטפורי, כמובן.

גוף הפוטון המפותל משתרע אל הממד השלישי והרביעי. מודל זה מסביר את היבט החלקיקים הנקודתיים (הראש) וההיבט דמוי הגל (הפיתולים) של דואליות הפוטונים.

קורט, הריאליסט המבולבל:
הדמיה זו היא מטפורה ואינה מתאימה לשום מודל מקובל במכניקת הקוונטים או בתורת המיתרים. זו התיאוריה הגדולה שלך לגבי מנהור קוונטי?

ריי:
כעת, כאשר הפוטון הזה פוגע במחסום פיזי, הוא נמעך אל תוך האפס והממד הראשון, כמו ביצה שפוגעת בקיר לבנים במהירות האור. ספלט. הממדים 0D ו 1D אינם יודעים מרחב או זמן. זה מאפשר לפוטון לעבור במנהרה כמעט מיידית (מהיר יותר מהאור) דרך עצמים מוצקים.

זו מטאפורה ותיאור מסודרים להדיוט.

קורט:
התיאור של מנהור כ"אפקט דחיסה ממדי" שמביא למעבר מיידי הוא פריחה מטפורית ללא בסיס בפיזיקה מבוססת. למה לא פשוט להגיד שהם בוגדים? 'הו, סלח לי, מחסום, פשוט עוברת בהדרגה במבנה האטומי שלך כמו רוח רפאים שמאחרת ליוגה...'

קֶרֶן:
המדע צריך דרמה! הפיתול של הפוטון נלחץ לתוך הממד הראשון - חשבו עליו כעל הפנקייק הגרוע ביותר של היקום. אין מקום, אין זמן. פוף זה דרך הקיר. מהיר יותר מהקל, אפס קלוריות.

קורט:
התיאור שלך של הפוטון שפוגע בקיר לבנים כמו ביצה הוא חדשני ואינו מהווה חלק מההבנה המדעית הנוכחית. ופיזיקאים לא צררו אותך על זה?

קֶרֶן:
הם עסוקים מדי בוויכוחים! שלושים שנה מתלבטים אם זה 'מהירות שלב' או 'מהירות האות', או האם אותות יכולים לעבור דרך מחסום מהר יותר מהאור. זה כמו שני תוכים שצווחנים 'סיבתיות!' אחד בשני. מדענים "רציניים" אומרים ששום דבר בשום מצב לא יכול לנוע מהר יותר מאור ולשדר מידע.

בינתיים, פוטונים נמצאים שם בחוץ, קורצים דרך קירות כאילו יש להם כרטיס VIP למציאות. דואליות גל-חלקיק היא אבן יסוד במכניקת הקוונטים (QM), לא תורת המיתרים. הפכתי את זה לשניהם למטרות המחשה. לכן המטאפורה הגיונית בהקשר הזה.

קורט:
ההצהרה נכונה שדואליות גל-חלקיקים היא מושג ממכניקת הקוונטים, והפעלתו בהקשר של תורת המיתרים באופן המתואר היא פרובוקטיבית.

קֶרֶן:
המטאפורה מייצגת מנהור כאפקט דחיסה ממדי.

קורט:
אין לזה כרגע בסיס בתורת המיתרים או QM. 'דחיסה ממדית' - נשמע כמו מערכת היחסים האחרונה שלי.

איור של נאס"א של פוטונים. נראה כמו ראשנים (אני מניח שהפוטון באנרגיה גבוהה מסתובב מהר יותר.)

קֶרֶן:
באיור זה של נאס"א, פוטון אחד (סגול) נושא פי מיליון מאנרגיה אחרת (צהוב). נאס"א הם מאסטרים של אמנות קונספט מדע בדיוני. "הנה פוטון סגול, פי מיליון יותר זינג! יש היחס."

קורט:
ככל הנראה, האיורים של נאס"א מטרתם לפשט ולהניע דיון; אין לקחת אותם כתיאורים מילוליים של התנהגות פוטון בתיאוריות פיזיקה מתקדמות. המדע הוא 5% משוואות, 95% משכנע אנשים שהיקום הוא קריקטורה המשתמשת במטאפורה.

קֶרֶן:
אז מנהור זה פשוט... טלפורטציה קוסמית באמצעות משבר קיומי?

קורט:
בְּדִיוּק! האימה הקיומית של הפוטון ממוטטת אותו לנקודה. מי אני? איפה הזמן? ובאם — זה דרך המחסום. אקזיסטנציאליזם: 1, פיזיקה: 0. כי אחרת, היינו תקועים להסביר את זה עם מתמטיקה.  ואף אחד לא רוצה את זה.

קריין (קול עמוק):
וכך נותרו מסתורי מכניקת הקוונטים.
אבל לפחות כולם הסכימו שהמטפורות זקוקות להעלאה.