Fizycy zmodyfikowali nierówność Penrose'a w przestrzeni trójwymiarowej anty-de Sittera i przetestowali ją na obracających się i stacjonarnych czarnych dziurach kwantowych. W rezultacie naukowcy postawili hipotezę o istnieniu kwantowej cenzury kosmicznej w ramach półklasycznej grawitacji. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie „Physical Review Letters”.
Czarne dziury we współczesnej fizyce to kluczowe obiekty, które pomogły naukowcom zrozumieć związek między geometrią a materią. Na przykład nierówność Penrose'a (i jej szczególny przypadek, nierówność Riemanna-Penrose'a) wiązała minimalną masę ciała z powierzchnią otaczającej je czarnej dziury. Okazało się, że każde naruszenie nierówności Penrose'a implikuje naruszenie zasady słabej cenzury kosmicznej w klasycznym sformułowaniu i uniemożliwia naukowcom rozważanie osobliwości kwantowych.
Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę termiczną naturę czarnych dziur, których entropia jest proporcjonalna do powierzchni horyzontu zdarzeń, nierówność Penrose'a można interpretować jako ograniczenie entropii – w rezultacie powstaje kwantowa nierówność Penrose'a, która ustanawia odpowiedniość między materią kwantową a grawitacją klasyczną. Numeryczna ocena tej nierówności wymaga od fizyków rozwiązania półklasycznych równań Einsteina, co jest obecnie otwartym problemem dla wymiarów przestrzennych większych niż dwa.
Antonia Frassino z Uniwersytetu Alcalá wraz ze współpracownikami z Wielkiej Brytanii, Hiszpanii i Włoch przetestowała kwantową nierówność Penrose'a, obchodząc ograniczenia wymiarowości przestrzennej podczas rozwiązywania równań Einsteina. W tym celu naukowcy rozważyli jej modyfikację w przestrzeni anty-de Sittera, przy założeniach konforemnej teorii pola, i zweryfikowali wynikającą z niej nierówność na kwantowych czarnych dziurach (BTZ), które zostały celowo wybrane: geometria i termodynamika tych obiektów są łatwe do określenia analitycznego przez fizyków.
Najpierw naukowcy potwierdzili, że pierwsza zasada termodynamiki obowiązuje dla opracowanego modelu. Po bardziej szczegółowej analizie kwantowej nierówności Penrose'a, naukowcy doszli do wniosku, że osiągnięcie ścisłej równości implikuje następujące stwierdzenie: efekty kwantowe mogą tworzyć czarne dziury o masach zabronionych przez fizykę klasyczną, co, zdaniem teoretyków, było pierwszym dowodem na istnienie tzw. kwantowej cenzury kosmicznej. Co więcej, przypadki potencjalnego naruszenia tej nierówności zlokalizowano w przypadkach termodynamicznie niestabilnych czarnych dziur.
Autorzy artykułu zauważyli, że ich model wymaga dalszych testów w wielowymiarowych przestrzeniach anty-de Sittera, a w celu zidentyfikowania nowych cech półklasycznej grawitacji należy wykorzystać inne typy czarnych dziur kwantowych.
Pisaliśmy wcześniej o tym, w jaki sposób pętlowa grawitacja kwantowa przewidziała przejście między czarną dziurą a białą dziurą.
