News in English

Новости сегодня на DirectAdvert

Новости сегодня от Adwile

Naked singularities: how quantum black holes explain why we don’t see the end of space and time

Vadim Sadovski/Shutterstock

Albert Einstein’s theory of gravity, general relativity, is famously incomplete. As proven by physics Nobel laureate Roger Penrose, when matter collapses under its own gravitational pull, the result is a “singularity” – a point of infinite density or curvature.

At a singularity, space, time and matter are crushed and stretched into nonexistence. The laws of physics as we know them suffer a complete breakdown. If we could observe singularities, our physical theories couldn’t be used to predict the future from the past. In other words, science would become an impossibility.

Penrose also realised nature may hold a remedy for this fate – black holes. A defining feature of a black hole is its event horizon, a one-way membrane in space-time. Objects – including light – that cross the event horizon can never leave due to the black hole’s incredibly strong gravitational pull.

In all the known mathematical descriptions of black holes, singularities are present in their core. Penrose postulated that all the singularities of gravitational collapse are “clothed” by the event horizons of black holes – meaning we could never observe one. With the singularity inside the event horizon, physics in the rest of the universe is business as usual.

This conjecture of Penrose, that there are no “naked” singularities, is called cosmic censorship. After half a century, it remains unproven and one of the most important open problems in mathematical physics. At the same time, finding examples of instances where the conjecture doesn’t hold up has proven equally difficult.

In recent work, published in Physical Review Letters, we showed that quantum mechanics, which rules the microcosmos of particles and atoms, supports cosmic censorship.

Black holes

Black holes are influenced by quantum mechanics to some extent, but such influence is normally ignored by physicists. For example, Penrose excluded these effects in his work, as did the theory that enabled scientists to measure ripples in space-time called gravitational waves from black holes.

When they are included, scientists call the black holes “quantum black holes”. These have long provided a further mystery, as we don’t know how Penrose’s conjecture works in the quantum realm.

A model where both matter and space-time obey quantum mechanics is often considered the fundamental description of nature. This could be a “theory of everything” or a theory of “quantum gravity”. Despite tremendous effort, an experimentally verified theory of quantum gravity remains elusive.

It is widely expected that any viable theory of quantum gravity should resolve the singularities present in the classical theory – potentially showing they are simply an artefact of an incomplete description. So it’s reasonable to expect quantum effects should not make the problem of whether we could ever observe a singularity worse.

That’s because Penrose’s singularity theorem makes certain assumptions about the nature of matter, namely that the matter in the universe always has positive energy. However, such assumptions can be violated quantum mechanically – we know that negative energy can exist in the quantum realm in small amounts (called the Casimir effect).

Without a fully fledged theory of quantum gravity, it is difficult to address these questions. But progress can be made by considering “semi-classical” or “partially-quantum” gravity, where space-time obeys general relativity but matter is described with quantum mechanics.

Though the defining equations of semi-classical gravity are known, solving them is another story entirely. Compared to the classical case, our understanding of quantum black holes is much less complete.

From what we do know of quantum black holes, they also develop singularities. But we expect a suitable generalisation of classical cosmic censorship, namely, quantum cosmic censorship, should exist in semi-classical gravity.

Developing quantum cosmic censorship

So far, there is not an established formulation of quantum cosmic censorship, though there are some clues. In some cases, a naked singularity can become modified by quantum effects to shroud the singularities; they become quantum dressed. That’s because quantum mechanics plays a role in the event horizon.

First ever image of black hole. Event Horizon Telescope/Wiki Commons, CC BY-SA

The first such example was presented by physicists Roberto Emparan, Alessandro Fabbri and Nemanja Kaloper in 2002. Now, all known constructions of quantum black holes share this feature, suggesting a more rigorous formulation of quantum cosmic censorship exists.

Intimately linked to cosmic censorship is the Penrose inequality. This is a mathematical relationship that, assuming cosmic censorship, says the mass or energy of of space-time is related to the area of black hole horizons contained within it. Consequently, a violation of the Penrose inequality would strongly suggest a violation of cosmic censorship.

A quantum Penrose inequality could therefore be used to rigorously formulate quantum cosmic censorship. One team of researchers proposed such an inequality in 2019. While promising, their proposal is very difficult to test for quantum black holes in regimes where quantum effects are strong.

In our work, we discovered a quantum Penrose inequality that applies to all known examples of quantum black holes, even in the presence of strong quantum effects.

The quantum Penrose inequality limits the energy of space-time in terms of the total entropy – a statistical measure of a system’s disorder – of the black holes and quantum matter contained within it. This addition of quantum matter entropy ensures the quantum inequality is true even when the classical version breaks down (on quantum scales).

That the total energy of this system cannot be lower than the total entropy is also natural from the standpoint of thermodynamics. To prevent a violation of the second law of thermodynamics – that the total entropy never decreases.

When quantum matter is introduced, its entropy is added to the black hole’s, obeying a generalised second law. In other words, Penrose inequality can also be understood as bounds on entropy – exceed this bound, and the space-time develops naked singularities.

On logical grounds, it was not obvious that all known quantum black holes would satisfy the same, universal inequality, but we showed they do.

Our result is not a proof of a quantum Penrose inequality. But that such a result holds in the quantum domain as well as the classical one strengthens it. While space and time may end at singularities, quantum mechanics screen this fate from us.

Andrew Svesko receives funding the United Kingdom Research and Innovation (UKRI) via the Science and Technology Facilities Council (STFC) grant ST/X000753/1.

Antonia Micol Frassino receives funding from EU Horizon 2020 Research and Innovation Programme under the Marie Sklodowska-Curie Grant Agreement no. 101149470.

Juan F. Pedraza receives funding from the ‘Atracción de Talento’ program (Comunidad de Madrid) grant 2020-T1/TIC-20495 and from the Spanish Research Agency via grants CEX2020-001007-S and PID2021-123017NB-I00.

Robie Hennigar receives funding from “la Caixa” Foundation (ID 100010434) and European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 847648 under fellowship code LCF/BQ/PI21/11830027.

Читайте на 123ru.net

Другие проекты от 123ru.net



Архангельск

Индекс изменения размера платы за "коммуналку" утвердили для Приамурья



Мир

Осень провожаем, зиму встречаем! Афиша мероприятий на выходные в Москве






Новости 24 часа

В Подмосковье росгвардейцы пришли на помощь пострадавшим в результате ДТП



Game News

The community behind the PC port of Ocarina of Time have been secretly working on a native version of Star Fox 64



Москва

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Отделение СФР по Москве и Московской области оплатило свыше 243 тысяч дополнительных выходных дней по уходу за детьми с инвалидностью



News Every Day

FitFlop launches Black Friday sale and it includes 40% off Birkenstock dupes



Авто

«Грузовичкоф» на передовой новых коллабораций с блогерами: выступление Наталии Поникаровской на конференции The Trends



Москва

Передвижения мигрантов по России поставят под контроль



Елена Волкова

В Азербайджане стартует третий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»



Москва

Тайны затонувшего корабля



Australian Open

Гарсия возвращается в теннис после панических атак: «Больше не хочу, чтобы победа на «Большом шлеме» или топ-5 были моей целью»



Москва

Николай Семёнов – известный российский спортсмен, тренер, блогер и предприниматель.



Певица

Певица Оксана Владимировна АГАПИТОВА с новыми песнями на Радио Русский Шансон.



Симферополь

В России массово воруют масло: за неделю заведено около 50 дел



Москва

Сеть клиник «Будь Здоров» запустила медицинского GPT-ассистента



Москва

Сергей Собянин: уникальный цифровой сервис "Техномаркет" заработал в Москве



Москва

В Азербайджане стартует третий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»



103news.com — быстрее, чем Я..., самые свежие и актуальные новости Вашего города — каждый день, каждый час с ежеминутным обновлением! Мгновенная публикация на языке оригинала, без модерации и без купюр в разделе Пользователи сайта 103news.com.

Как добавить свои новости в наши трансляции? Очень просто. Достаточно отправить заявку на наш электронный адрес mail@29ru.net с указанием адреса Вашей ленты новостей в формате RSS или подать заявку на включение Вашего сайта в наш каталог через форму. После модерации заявки в течении 24 часов Ваша лента новостей начнёт транслироваться в разделе Вашего города. Все новости в нашей ленте новостей отсортированы поминутно по времени публикации, которое указано напротив каждой новости справа также как и прямая ссылка на источник информации. Если у Вас есть интересные фото Вашего города или других населённых пунктов Вашего региона мы также готовы опубликовать их в разделе Вашего города в нашем каталоге региональных сайтов, который на сегодняшний день является самым большим региональным ресурсом, охватывающим все города не только России и Украины, но ещё и Белоруссии и Абхазии. Прислать фото можно здесь. Оперативно разместить свою новость в Вашем городе можно самостоятельно через форму.

Другие популярные новости дня сегодня


Новости 24/7 Все города России





Топ 10 новостей последнего часа




Новости России

Аделина Панина: какие 5 растений должны быть в доме в новом году, чтобы обогатиться в год Змеи 2025

Собянин пригласил молодежь написать исторический диктант о битве за Москву

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Отделение СФР по Москве и Московской области оплатило свыше 243 тысяч дополнительных выходных дней по уходу за детьми с инвалидностью

Сеть клиник «Будь Здоров» запустила медицинского GPT-ассистента


Москва

В Подмосковье росгвардейцы пришли на помощь пострадавшим в результате ДТП






Rss.plus

В Подмосковье офицер Росгвардии оказал помощь в эвакуации  пострадавших в результате ДТП

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: Отделение СФР по Москве и Московской области оплатило свыше 243 тысяч дополнительных выходных дней по уходу за детьми с инвалидностью

В Подмосковье росгвардейцы пришли на помощь пострадавшим в результате ДТП

В День матери подмосковные росгвардейцы провели тематические мероприятия

Moscow.media
Москва

Собянин и Голикова открыли четвертый центр женского здоровья



103news.comмеждународная интерактивная информационная сеть (ежеминутные новости с ежедневным интелектуальным архивом). Только у нас — все главные новости дня без политической цензуры. "103 Новости" — абсолютно все точки зрения, трезвая аналитика, цивилизованные споры и обсуждения без взаимных обвинений и оскорблений. Помните, что не у всех точка зрения совпадает с Вашей. Уважайте мнение других, даже если Вы отстаиваете свой взгляд и свою позицию. 103news.com — облегчённая версия старейшего обозревателя новостей 123ru.net.

Мы не навязываем Вам своё видение, мы даём Вам объективный срез событий дня без цензуры и без купюр. Новости, какие они есть — онлайн (с поминутным архивом по всем городам и регионам России, Украины, Белоруссии и Абхазии).

103news.com — живые новости в прямом эфире!

В любую минуту Вы можете добавить свою новость мгновенно — здесь.

Музыкальные новости

Андрей Губин

Mash: состояние здоровья певца Губина резко ухудшилось




Спорт в России и мире

Алексей Смирнов – актер, которого, надеюсь, еще не забыли

Победы "Динамо" и "Белогорья": главные события чемпионата России по волейболу

Николай Семёнов – известный российский спортсмен, тренер, блогер и предприниматель.

Компания «КЕНГУРУ.ПРО» приняла участие в благоустройстве набережной Махачкалы


Янник Синнер

Синнер: Защита титула — одно из лучших чувств



Новости Крыма на Sevpoisk.ru




Частные объявления в Вашем городе, в Вашем регионе и в России