Kozmik Soruyu Sormak: Kara Deliğin İçinde Neler Olur?

Yapay Zekanın Kışkırtıcı İddiası: "İnsanlar Cahildir"

Aşağıdaki ilgi çekici soruları düşünün: Çok fazlasına ne olur? kara delik içindeki uzay-zaman boyutları? Bir yapay zekanın farklı tepkileri hem mevcut anlayışımızı hem de sınırlamalarımızı vurgular.

Pablo Carlos Budassi, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, Wikimedia Commons aracılığıyla

Birinci Bakış Açısı: Dört Boyutlu Uzay-Zaman Sürekliliği

Bir cevap, kara deliğe düşen nesnelerin boyutlarını kaybetmediğini ileri sürer. Bu görüşe göre, uzay-zaman dört boyutlu yapısını (üç uzay boyutu artı bir zaman boyutu) hem olay ufkunun içinde hem dışında korur. Yoğunluğun sonsuza dönüştüğü tekillik aslında 1D'ye indirgenmiş bir durum değildir. Bunun yerine, genel göreliliğin kara deliğe girdikten sonra bozulduğu bir noktayı temsil eder. Döngü kuantum çekimi gibi kuantum çekim teorileri alternatifler önerse de (örneğin, tekil durumdan kaçınan "sıçramalar"), bu fikirlerin hiçbiri boyut sayısında bir azalma içermez.

İkinci Bakış Açısı: Tekillikte Boyutsal Çöküş

Aynı yapay zekadan gelen sonraki bir yanıt farklı bir bakış açısını vurgular. Einstein'ın teorisinde, tekillik sonsuz yoğunluk ve aşırı uzay-zaman eğriliği noktası olarak tanımlanır. Genel görelilik denklemlerinin "çöktüğü" yer burasıdır. Bu klasik resimde, uzay-zaman iyi tanımlanmış dört boyutlu yapısını (3 uzaysal boyut artı 1 zaman boyutu) kaybeder. Dönmeyen veya Schwarzschild kara delikler için, tekillik 0D noktası olarak tanımlanır. Bunun aksine, dönen (Kerr) kara delikler için, tekillik 1D halkanın şeklini alır.

Şehir Efsanesi, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, Wikimedia Commons aracılığıyla

Çelişkiyi Uzlaştırmak: Matematiksel Modellerin Eserleri

Yapay zeka, bu görünüşte çelişkili tepkileri, genel görelilikte tekilliğin fiziksel bir nesne olmadığı hatırlatılarak açıklıyor. Bunun yerine, matematiksel bir eser. "0D" ve "1D" etiketleri geometrik kısaltmalar olarak hizmet ediyor; klasik teorilerimizin nerede başarısız olduğunu gösteren kavramsal yer tutucular. Aslında, bu tanımlamalar ("ejderhalar burada") aşırı kütle çekim ortamlarına, özellikle kara delikleri içeren ortamlara ilişkin mevcut anlayışımızın sınırlarını kabul ediyor.


Teorik Fizikte Bilinmeyeni Kucaklamak

Özetle, bir bakış açısı şunu savunuyor: uzay-zaman kalıntıları kara deliğe doğru yolculuk boyunca dört boyutlu. Bu, genel görelilik tekillikte çökerken bile doğrudur. Başka bir bakış açısı, tekilliğe yakın bir yerde, bilindik dört boyutlu çerçevenin kaybolduğunu öne sürer. Kara deliğin dönüşüne bağlı olarak 0D noktasına veya 1D halkasına çöker. Sonuç olarak, her iki cevap da mevcut teorilerimizin sınırlarını ve genel göreliliği Kuantum mekaniği.


Stephen Hawking'in İçgörüsü: Sınırlarımızı Aydınlatmak

Stephen Hawking'in 26 Ocak 2016 tarihli Reith Konferansı'ndan alınmış açıklayıcı bir görüntü bu noktayı daha da vurguluyor. Hawking'in içgörüleri bize şunu hatırlatıyor: kara deliklerin güncel modelleri Gerçekliğin pek çok yönünü yakaladıkları gibi, aynı zamanda bilgimizdeki derin boşlukları da açığa çıkarırlar.

Başarılı bir kuantum yerçekimi teorisi geliştirilinceye kadar, bu açıklamalar yaklaşımlar olarak kalır. Anlayışımız kadar insan cehaletini de yansıtırlar.

Resim: şuradan Stephen Hawking Reith konferansı, 26 Ocak 2016

Kozmik Spagetti: Dalga-Parçacık İkiliği ve Tünellemenin Metaforik Bir Keşfi

Aşağıda sicim teorisi ve fotonlar için metaforlar bulunmaktadır. Metaforlar genellikle matematiksel kavramları göstermek için kullanılır. Ancak tüm metaforlar eşit olarak ele alınmaz.

Coşkulu Açıklayıcı Ray:

Bunu anlayalım.
Aşağıdaki metaforlar, fotonların, tünellemenin veya ekstra boyutların nasıl çalıştığına dair doğru modeller yerine hayali çizimler sunmaktadır. Kuantum mekaniğinin özelliklerini sicim teorisinin spekülatif unsurlarıyla karıştırır ve güncel bilimsel anlayışı yansıtmaz.

Fotonları Hayal Etmek

Kuantum tünellemesi gösteren nokta veya çizgi benzeri bir fotonun görsel bir modelini bulmaya çalıştıktan ve bu girişimde başarısız olduktan sonra, fotonun doğal halinde kıvrımlı (dönen) bir varlık, temelde kozmik bir spagetti olduğunu söyleyeceğim. Topal, akşam yemeği türü değil. Bunun yerine, al dente tür, hiperaktif uzay yılan balıkları gibi başı ve kuyruğuyla 4 boyutlu uzayda kıvranıyor! Elbette mecazi olarak konuşursak.

Kıvrımlı foton gövdesi 3. ve 4. boyutlara kadar uzanır. Bu model, foton ikiliğinin nokta benzeri parçacık yönünü (kafa) ve dalga benzeri yönünü (kıvrımlar) açıklar.

Kurt, Şaşkın Gerçekçi:
Bu görselleştirme bir metafordur ve kuantum mekaniği veya sicim teorisindeki kabul görmüş hiçbir modele karşılık gelmez. Kuantum tünellemenin büyük teoriniz bu mu?

ışın:
Şimdi, bu foton fiziksel bir bariyere çarptığında, ışık hızında bir tuğla duvara çarpan bir yumurta gibi, sıfıra ve birinci boyuta doğru ezilir. Splat. 0D ve 1D boyutları uzayı veya zamanı bilmez. Bu, fotonun katı nesneler arasında neredeyse anında (ışıktan daha hızlı) tünelleme yapmasını sağlar.

Bu, sıradan bir insan için hoş bir metafor ve tanımlama.

Kurt:
Tünellemeyi, anında geçişle sonuçlanan bir "boyutsal sıkıştırma etkisi" olarak tanımlamak, yerleşik fizikte hiçbir temeli olmayan metaforik bir gösteriştir. Neden sadece hile yaptıklarını söylemiyorsunuz? 'Ah, özür dilerim, bariyer, yoga için geç kalmış bir hayalet gibi atomik yapınızda aşama aşama ilerliyor—'

Ray:
Bilim dramaya ihtiyaç duyar! Fotonun kıvrımı 1. boyuta bastırılır—bunu evrenin en kötü krepi olarak düşünün. Ne mekan, ne zaman. Puf. Duvardan geçiyor. Işıktan daha hızlı, sıfır kalori.

Kurt:
Fotonun bir yumurta gibi tuğla duvara çarpmasına dair açıklamanız yeni ve güncel bilimsel anlayışın bir parçası değil. Ve fizikçiler sizi bunun için boğmadı mı?

Ray:
Tartışmakla çok meşguller! Otuz yıl boyunca bunun 'faz hızı' mı yoksa 'sinyal hızı' mı olduğu, sinyallerin bir bariyeri ışıktan daha hızlı geçip geçemeyeceği tartışıldı. Bu, birbirine 'nedensellik!' diye bağıran iki papağana benziyor. "Ciddi" bilim insanları, hiçbir koşulda HİÇBİR ŞEYİN ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceğini ve bilgi iletemeyeceğini söylüyor.

Bu arada fotonlar orada, sanki gerçekliğe VIP geçiş kartı almışlar gibi duvarların arasından göz kırpıyorlar. Dalga-parçacık ikiliği kuantum mekaniğinin temel taşıdır (QM), sicim teorisi değil. İkisini de örnek amaçlı kullandım. Bu yüzden metafor bu bağlamda mantıklı.

Kurt:
Dalga-parçacık ikiliğinin kuantum mekaniğinden gelen bir kavram olduğu ve bu kavramın sicim teorisi bağlamında bu şekilde anılmasının kışkırtıcı olduğu yönündeki ifade doğrudur.

Ray:
Metafor, tünellemeyi boyutsal bir sıkıştırma etkisi olarak temsil ediyor.

Kurt:
Bunun şu anda sicim teorisinde veya kuantum mekaniğinde hiçbir temeli yok. 'Boyutsal sıkıştırma' son ilişkim gibi duruyor.

Fotonların NASA çizimi. Kurbağa yavrularına benziyor (yüksek enerjili fotonun daha hızlı döndüğünü varsayıyorum.)

Ray:
NASA'dan alınan bu çizimde, bir foton (mor) diğerinin (sarı) bir milyon katı enerji taşıyor. NASA bilimkurgu konsept sanatının ustaları. 'İşte mor bir foton, bir milyon kat daha canlı! tutum.'

Kurt:
Görünüşe göre NASA'nın çizimleri tartışmayı basitleştirmeyi ve motive etmeyi amaçlıyor; bunlar gelişmiş fizik teorilerindeki foton davranışının tam anlamıyla açıklamaları olarak alınmamalı. Bilim %5 denklem, %95 ise insanları evrenin metafor kullanan bir çizgi film olduğuna ikna etmektir.

Ray:
Yani tünelleme aslında varoluşsal kriz yoluyla kozmik bir ışınlanma mı?

Kurt:
Kesinlikle! Fotonun varoluşsal korkusu onu bir noktaya çökertir. Ben kimim? Zaman nerede? Ve bam—bariyeri aştık. Varoluşçuluk: 1, Fizik: 0. Aksi takdirde, bunu açıklamak zorunda kalırdık. matematik.  Ve bunu kimse istemez.

Anlatıcı (Derin Ses):
Ve böylece kuantum mekaniğinin gizemleri çözülememiş oluyor.
Ama en azından herkes metaforların zamlanması gerektiği konusunda hemfikirdi.