Fizycy zmodyfikowali nierówność Penrose'a w trójwymiarowej przestrzeni anty-Desittora 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 opublikowali w czasopiśmie „Physical Review Letters”.
Czarne dziury we współczesnej fizyce to kluczowe obiekty, które pomogły naukowcom zrozumieć powiązania między geometrią a materią: na przykład nierówność Penrose'a (i jej szczególny przypadek – nierówność Riemanna-Penrose'a) łączyła minimalną masę ciała z powierzchnią otaczającej je czarnej dziury. Jednocześnie okazało się, że każde naruszenie nierówności Penrose'a implikuje naruszenie zasady słabej cenzury kosmicznej w klasycznej formule i uniemożliwia naukowcom rozważanie obiektów kwantowych osobliwości.
Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę termiczną naturę czarnych dziur, których entropia jest proporcjonalna do powierzchni horyzontu zdarzeń, nierówność Penrose'a można zinterpretować jako ograniczenie entropii – otrzymujemy kwantową nierówność Penrose'a, która ustanawia odpowiedniość między materią kwantową a grawitacją klasyczną. 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 Alcalá i jej współpracownicy z Wielkiej Brytanii, Hiszpanii i Włoch zweryfikowali nierówność kwantową Penrose'a, omijając ograniczenia wymiarowości przestrzeni podczas rozwiązywania równań Einsteina. W tym celu naukowcy rozważyli jej modyfikację w przestrzeni anty-Desittera, przy założeniach teorii pola konforemnego, i sprawdzili wynikającą z niej nierówność na kwantowych czarnych dziurach BTZ, które nie zostały wybrane przypadkowo: geometria i termodynamika tych obiektów zostały z łatwością wykryte analitycznie przez fizyków.
Przede wszystkim badacze byli przekonani, że pierwsza zasada termodynamiki jest spełniona dla opracowanego modelu, a po dokładniejszej analizie nierówności kwantowej 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 sygnałem istnienia tzw. kwantowej cenzury kosmicznej. Jednocześnie zlokalizowano przypadki potencjalnego naruszenia tej nierówności w przypadku termodynamicznie niestabilnych czarnych dziur.
Autorzy pracy zauważyli, że w przyszłości ich model powinien zostać przetestowany na przestrzeniach anty-Desittora wyższych wymiarów, a także że należy wykorzystać inne odmiany czarnych dziur kwantowych, aby ujawnić nowe właściwości półklasycznej grawitacji.
Pisaliśmy wcześniej o tym, w jaki sposób pętlowa grawitacja kwantowa przewidziała przejście między czarną i białą dziurą.
