Хвърлете аксионна бомба в черна дупка и законът за запазване на заряда ще бъде нарушен

Знае се, че сингулярностите като тези в центъра на черните дупки, където плътността става безкрайна, са места, където физиката „се разпада“. Това обаче не означава, че може да се случи „всичко“ и физиците се интересуват от това кои закони могат да се нарушат и как.

Физиците обичат законите за запазване, които гласят, че определено свойство (например маса, енергия, заряд, импулс и т.н.) на системата остава постоянно, когато не участват външни фактори. Един от тях е законът за запазване на заряда, който гласи, че общият заряд в изолирана система никога не се променя.

Но изследователи от Имперския колеж в Лондон, Института Кокфофт и Университета в Ланкастър смятат, че законът за запазване на заряда наистина може да бъде нарушен в черните дупки. Теорията им е публикувана в Annalen der Physik (списанието, в което Алберт Айнщайн е публикувал своята Специална и Обща теория на относителността).

През 60-те години Джон Уилър (John Wheeler) определя, че черните дупки имат само три свойства: маса, ъглов момент и ... заряд. Този заряд по принцип е равен на заряда на звездата, от която произхожда черната дупка, и по този начин зарядът се запазва. Ако три положително заредени протона попаднат в черната дупка, тогава три отрицателно заредени електрона ще трябва да изчезнат, за да се поддържа баланса на заряда в равновесие.

Това е наблюдавано в най-малките мащаби - когато се създават или елиминират различни частици в експерименти като Големия адронен колайдер, винаги се произвежда или унищожава едно и също количество отрицателно и положително заредени частици.

_{Аксионно поле и електромагнитно поле, които са свързани помежду си. Кредит: Imperial College London.}

Сега трима изследователи представят хипотезата, че черните дупки наистина могат да нарушат закона за запазване на заряда. Te модифицират класическите физически уравнения, за да включат аксионите (Вече сме писали за аксионите, хипотетични частици, които са един от много кандидат-частици за тъмна материя). Така екипът успява да покаже, че временните сингулярности - като черна дупка, която губи маса чрез лъчението на Хокинг - може да унищожава заряда си, но затова е необходимо и нещо специално, а именно ... аксионна бомба.

Аксионното поле, т.е. полето свързано с тази частица, може на теория да реагира с електромагнитните полета, познати добре и описани от уравненията на Максуел.

Тогава ключовият въпрос е как да се постигне това нарушение на закона за запазване на заряда в черна дупка.

„Представете си „аксионна бомба“, която има някакъв заряд чрез комбиниране на свързани аксионни и магнитни полета, и след това да я пуснете в изпаряваща се черна дупка. Тъй като конструкцията се свива и изчезва в сингулярността, изчезва и електрическият заряд заедно с нея. Именно комбинацията от временна сингулярност и новопредложеният тип аксионно поле е от решаващо значение за успеха" да се наруши закона за запазване на заряда, обяснява съавторът Джонатан Гратус.

Съавторът д-р Пол Кинслер от Катедрата по физика в Имперския колеж в Лондон допълва:

"Има и философски последици. Въпреки че хората често обичат да казват, че физиката "се разпада", тук показваме, че макар да се случват екзотични явления, това, което всъщност се случва, е ограничено от все още работещите закони на физиката около сингулярността".

Екипът твърди, че феноменът на аксионите ще се случи само при екстремни условия, които в момента не могат да бъдат създадени в лаборатория, но че бъдещият напредък в създаването на мощни лазерни системи може да позволи да бъде тествана теорията в земна среда.

Справка: Jonathan Gratus, Paul Kinsler, Martin W. McCall. Temporary Singularities and Axions: An Analytic Solution that Challenges Charge Conservation. Annalen der Physik, 2021; 533 (6): 2000565 DOI: 10.1002/andp.202000565

Източник: Throwing an 'axion bomb' into a black hole challenges fundamental law of physics
Imperial College London

Още по темата

31/05/2018

Космос

Частиците тъмна материя може да имат електрически заряд

08/01/2017

Космос

Лъчението и парадоксът на Хокинг (видео)

20/07/2016

Физика

Съществува ли "огледален свят"

26/08/2015

Физика

Хокинг предложи ново обяснение за изчезването на информацията в черни дупки (видео)