Fizycy zmodyfikowali nierówność Penrose’a w trójwymiarowej przestrzeni antyDessitera i przetestowali ją na obracających się i stacjonarnych czarnych dziurach kwantowych. W rezultacie naukowcy wysunęli hipotezę o istnieniu kwantowej cenzury kosmicznej w ramach półklasycznej grawitacji. Naukowcy podzielili się swoimi odkryciami w czasopiśmie Physical Review Letters.
Czarne dziury w fizyce współczesnej to kluczowe obiekty, które pomogły naukowcom zrozumieć, jak powiązane są ze sobą geometria i materia: na przykład nierówność Penrose'a (i jej szczególny przypadek, nierówność Riemanna-Penrose'a) łączyła minimalną masę ciała i powierzchnię otaczającej je czarnej dziury. Okazało się, że jakiekolwiek naruszenie nierówności Penrose'a oznacza naruszenie zasady słabej cenzury kosmicznej w sformułowaniu klasycznym i nie pozwala naukowcom rozważać obiektów osobliwości kwantowej.
Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę termiczną naturę czarnych dziur, których entropia jest proporcjonalna do powierzchni horyzontu zdarzeń, nierówność Penrose'a można zinterpretować jako granicę entropii – otrzymujemy kwantową nierówność Penrose'a, która ustanawia odpowiedniość między materią kwantową a klasyczną grawitacją. Numeryczna ocena tej nierówności wymaga od fizyków rozwiązania półklasycznych równań Einsteina, co stało się otwartym problemem dla wymiarów przestrzennych większych niż dwa.
Antonia Frassino z Uniwersytetu w Alcalá i jej współpracownicy z Wielkiej Brytanii, Hiszpanii i Włoch przetestowali kwantową nierówność Penrose'a, omijając ograniczenia wymiarowości przestrzeni podczas rozwiązywania równań Einsteina. Aby to zrobić, naukowcy rozważyli jego modyfikację w przestrzeni antyde Sittera przy założeniach teorii pola konforemnego i zweryfikowali otrzymaną nierówność na kwantowych czarnych dziurach BTZ, które nie zostały wybrane przypadkowo: geometrię i termodynamikę tych obiektów fizycznych łatwo było znaleźć analitycznie.
Przede wszystkim badacze byli przekonani, że w przypadku opracowanego modelu spełniona jest pierwsza zasada termodynamiki, a po bardziej szczegółowej analizie kwantowej nierówności Penrose'a naukowcy doszli do wniosku, że osiągnięcie ścisłej równości oznacza, że efekty kwantowe mogą tworzyć czarne dziury o masach zabronionych przez fizykę klasyczną, co, zdaniem teoretyków, było pierwszym znakiem istnienia tzw. kwantowej cenzury kosmicznej. Jednocześnie przypadki potencjalnego naruszenia nierówności zostały ograniczone do przypadków termodynamicznie niestabilnych czarnych dziur.
Autorzy pracy zauważyli, że w przyszłości ich model trzeba będzie przetestować w przestrzeniach antyDessittora wyższych wymiarów i wykorzystać inne typy czarnych dziur kwantowych, aby odkryć nowe właściwości półklasycznej grawitacji.
Pisaliśmy wcześniej o tym, jak pętlowa grawitacja kwantowa przewidziała przejście między czarną dziurą a białą dziurą.