ภาวะเงินเฟ้อครั้งใหญ่
ใน ทฤษฎีสั มพัทธภาพทั่วไปการขยายตัวของมวลหรือการระเบิดของมวล[ 1 ]เป็นปรากฏการณ์ภายในหลุมดำที่หมุนหรือมีประจุ ซึ่งปฏิสัมพันธ์ของรังสี ขาออกและขาเข้า ที่ขอบฟ้าโคชี ทำให้พารามิเตอร์ มวลโน้มถ่วงภายในของหลุมดำไม่มีขอบเขตที่ขอบฟ้าโคชี[ 2 ]นอกจากนี้ยังทำนายการมีอยู่ของเอกภาวะ ศูนย์ ที่อ่อนแอที่ขอบฟ้าโคชีของหลุมดำที่หมุนหรือมีประจุ[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]การขยายตัวของมวลได้รับการยืนยันทางตัวเลขสำหรับหลุมดำทรงกลมที่มีประจุโดย Lior Burko ในปี 1997 และสำหรับหลุมดำหมุนที่ไม่มีประจุโดยMihalis Dafermosและ Jonathan Luk ในปี 2017 [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ]
การล divergence ของพารามิเตอร์มวลโน้มถ่วง
ในดาวฤกษ์ที่กำลังยุบตัวรังสีโน้มถ่วงจะถูกปล่อยออกมา โดยนำข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะเริ่มต้นทั้งหมดของดาวฤกษ์ เดิมไป ด้วย ยกเว้นมวลประจุและการหมุนตามทฤษฎีไร้ขน[ 2 ]รังสีบางส่วนหลุดออกไปสู่อนันต์ ในขณะที่บางส่วนกระเจิงกลับโดยความโค้งของกาลอวกาศและถูกดูดซับโดยหลุมดำ ที่ก่อตัวขึ้นใหม่ การขยายตัวของมวลเกิดขึ้นเนื่องจากเมื่อรังสีโน้มถ่วงเข้าใกล้ขอบฟ้าโคชี ซึ่งเป็นบริเวณ ที่มีการเลื่อนไปทางสีน้ำเงินเป็นอนันต์ รังสีโน้มถ่วง ก็จะประสบกับ การเลื่อนไปทางสีน้ำเงินที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆและความหนาแน่นของพลังงานก็จะเพิ่มขึ้นอย่างไม่มีขอบเขต[ 2 ] [ 8 ] [ 9 ]
หากไม่พิจารณาการรบกวนจากดาวที่ยุบตัวภายในขอบฟ้าชั้นใน การสะสมของรังสีโน้มถ่วงนี้จะไม่มีผลใดๆ ขอบฟ้าโคชี ซึ่งเป็นบริเวณที่มีการเลื่อนไปทางสีน้ำเงินเป็นอนันต์สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอกขอบฟ้า และขอบฟ้าชั้นในที่ปรากฏซึ่งเป็นบริเวณที่มีการเลื่อนไปทางสี แดงเป็นอนันต์ สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายในขอบฟ้า จะ "หักล้างกัน" อย่างมีประสิทธิภาพ และจะไม่มีการขยายตัวของมวลเกิดขึ้น แต่เมื่อรังสีที่แผ่ออกมาจากดาวที่ยุบตัวข้ามขอบฟ้าชั้นใน ขอบฟ้าโคชีและขอบฟ้าที่ปรากฏจะแยกออกจากกัน ทำให้การหักล้างไม่เกิดขึ้น และอนุญาตให้การขยายตัวของมวลเกิดขึ้นได้[ 2 ]กระแสรังสีที่เข้ามาและออกไปเหล่านี้ และฟลักซ์พลังงานของรังสีที่เลื่อนไปทางสีน้ำเงิน จะเพิ่มแรงโน้มถ่วงซึ่งจะเร่งกระแสให้เร็วขึ้นอีก ซึ่งจะเพิ่มแรงโน้มถ่วงขึ้นเรื่อยๆ เช่นนี้ ทำให้เกิดวงจรป้อนกลับเชิงบวกที่นำไปสู่การเติบโตอย่างรวดเร็วของพารามิเตอร์มวลโน้มถ่วง (เรียกอีกอย่างว่าฟังก์ชันมวลภายใน) [ 10 ] [ 11 ]
สำหรับหลุมดำทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่สมจริงใน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแบบคลาสสิก (ไม่ใช่ควอนตัม) การขยายตัวของมวลนี้เกิดจากการสะสมมวลภายในไม่กี่ร้อยรอบที่ผ่านมาของหลุมดำเท่านั้น (แทนที่จะเป็นอดีตอันไกลโพ้นหรืออนาคตอันไกลโพ้น) ที่น่าประหลาดใจ คือ อัตราการสะสมมวลของหลุมดำแปรผกผันกับอัตราการยกกำลังของฟังก์ชันมวล เว้นแต่ว่าอัตราการสะสมมวลจะอยู่ใกล้ค่าสูงสุด[ 10 ]
ภาวะเอกฐานของการขยายตัวของมวล
การล divergence ของ พารามิเตอร์ มวล แรงโน้มถ่วง มีผลกระทบที่น่าสนใจในระดับท้องถิ่นสำหรับวัตถุที่ตกลงมาอย่างต่อเนื่อง: เนื่องจากพารามิเตอร์มวลกำหนดส่วนประกอบคูลอมบ์ของความโค้ง ในระดับท้องถิ่น ภายในหลุมดำการเพิ่มขึ้นของพารามิเตอร์จะนำไปสู่แรงไทดัล ที่เพิ่มขึ้น ซึ่งวัตถุรู้สึกได้ในระดับท้องถิ่น[ 2 ]ซึ่งส่งผลให้เกิดความเอกฐานของ ความโค้ง [ 11 ] [ 5 ]ที่ขอบฟ้าโคชีซึ่งรู้จักกันในชื่อความเอกฐานของการขยายตัวของมวล[ 3 ] [ 5 ] [ 9 ] [ 12 ] [ 13 ]ความเอกฐานของขอบฟ้าโคชี[ 4 ] [ 5 ] [ 11 ] [ 13 ]ความเอกฐานของการตกลงมา[ 13 ]หรือความเอกฐาน "ซิการ์อ้วน" [ 2 ]ในปี 1991 Amos Ori ยืนยันว่าเอกภาวะนั้นอ่อนแอในเชิงการเสียรูป : แม้ว่าวัตถุจะประสบกับแรงไทดัลอนันต์ที่เอกภาวะ แต่การบิดเบี้ยวของไทดัลบนวัตถุในมิติเชิงพื้นที่ ทั้งสามมิติ ก็ยังคงมีค่าจำกัด ซึ่งหมายความว่า วัตถุ ขนาดมหภาคจะไม่ถูกบดขยี้[ 1 ] [ 3 ] [ 9 ] [ 11 ]ในปี 1997 Lior Burko ได้ตรวจสอบเชิงตัวเลขว่าสำหรับหลุมดำ Reissner-Nordstrom เอกภาวะที่เป็นศูนย์ทั้งหมดนั้นอ่อนแอ[ 4 ]การวิเคราะห์ สถานการณ์ การยุบตัวของแรงโน้มถ่วง ที่สมจริงยิ่งขึ้น โดย Hod และ Piran ได้เสริมความแข็งแกร่งให้กับผลการค้นพบของ Burko โดยตรวจสอบเชิงตัวเลขว่าการขยายตัวของมวลยังคงเกิดขึ้นในการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงของหลุมดำทรงกลมที่มีประจุด้วยพารามิเตอร์เริ่มต้นที่สมจริง และเอกภาวะที่เกิดขึ้นยังคงอ่อนแอและเป็นศูนย์[ 9 ]ในปี 2016 Burko, Khanna และ Zenginoǧlu ค้นพบว่าอัตราการเพิ่มขึ้นของความโค้งใกล้ขอบฟ้า Cauchy นั้นต่ำกว่าที่เคยพบจากการวิเคราะห์แบบรบกวนมาก[ 5 ]
ในทางกลับกัน Hamilton และ Avelino โต้แย้งแนวคิดที่ว่าหลุมดำทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่สมจริงจะไม่มีเอกภาวะศูนย์ที่อ่อนแอที่ขอบฟ้า Cauchy โดยให้เหตุผลว่าเอกภาวะที่เสนอจะไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากมีสิ่งใดตกลงไป แม้ว่าหลุมดำจะยังคงโดดเดี่ยวตลอดไปการสร้างคู่ใกล้ขอบฟ้าชั้นในจะป้องกันไม่ให้เอกภาวะศูนย์ที่อ่อนแอเกิดขึ้น ในทางกลับกัน ผลลัพธ์สุดท้ายของการขยายตัวของมวลจะเป็นเอกภาวะแบบ BKL ที่เป็นศูนย์กลางและมีลักษณะคล้ายอวกาศ [ 10 ]
ผลกระทบของปรากฏการณ์ควอนตัม
นักวิทยาศาสตร์มีความเห็นแตกต่างกันเกี่ยวกับขอบเขตของผลกระทบของปรากฏการณ์ควอนตัมต่อการขยายตัวของมวล นักวิทยาศาสตร์บางคน รวมทั้งปัวซงและอิสราเอลเอง ได้เสนอแนะว่า แม้จะรวมผลกระทบของควอนตัมเข้าไปด้วยแล้ว ภาวะเอกฐานของการขยายตัวของมวลก็ยังคงมีอยู่[ 2 ]อย่างไรก็ตาม แฮมิลตันและอาเวลีโนแย้งว่า การขยายตัวของมวลได้รับผลกระทบอย่างมากจากแรงโน้มถ่วงควอนตัม และการเสียชีวิตของผู้สังเกตการณ์ในหลุมดำขนาดใหญ่พอ (เพื่อไม่ให้ พวกเขา กลายเป็นเส้นสปา เก็ตตี้ ก่อนที่จะถึงขอบฟ้าโคชี) จะเกิดจากความโค้งเหนือพลังค์ไม่ใช่จากภาวะเอกฐานที่เป็นศูนย์ที่ขอบฟ้าโคชี[ 10 ]
หากการขยายตัวของมวลมีอยู่จริงแม้จะมีปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงควอนตัม ก็อาจจะแตกต่างจากสิ่งที่ทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปประการหนึ่งเทนเซอร์พลังงานความเครียดก็ล diverge เร็วขึ้นในเชิงกลควอนตัมมากกว่าในเชิงกลคลาสสิก ซึ่ง Poisson และ Balbinot ตั้งทฤษฎีไว้ว่าอาจส่งผลต่อฟังก์ชันมวลได้[ 11 ]การมีอยู่ของสนามฮิกส์ยังส่งผลต่อพลวัตของการขยายตัวของมวลด้วย กล่าวคือ ในหลุมดำที่ไม่มีสนามฮิกส์ การขยายตัวของมวลจะประกอบด้วยวัฏจักรของการเติบโตแบบเลขชี้กำลัง ในขณะที่ในหลุมดำที่มีสนามฮิกส์ จะไม่มีวัฏจักรดังกล่าวเกิดขึ้น และฟังก์ชันมวลจะเติบโต อย่าง ต่อเนื่อง[ 14 ]
ผลกระทบเพิ่มเติม
ความไม่แน่นอนที่อยู่นอกเหนือขอบเขตของโคชี
หลังจากที่Roger Penroseชี้ให้เห็นในช่วงทศวรรษ 1960 ว่าขอบฟ้า Cauchyของหลุมดำเป็นบริเวณที่มีการเลื่อนสีน้ำเงินอนันต์[ 10 ]และเป็นกำแพงที่ความเป็นเหตุเป็นผลพังทลายลง[ 15 ]ความไม่สามารถคาดการณ์ได้โดยธรรมชาติของกาลอวกาศที่อยู่นอกเหนือขอบฟ้าทำให้เหล่านักวิทยาศาสตร์งุนงงมานานหลายทศวรรษ[ 15 ]เรื่องนี้เป็นปัญหาอย่างยิ่งเนื่องจากขัดแย้งกับมุมมองแบบคลาสสิกของลัทธิกำหนดนิยมมันกลายเป็นพื้นฐานของสมมติฐานการเซ็นเซอร์จักรวาลที่แข็งแกร่ง ของ Roger Penrose ในปี 1979 ซึ่งเขาโต้แย้งว่าขอบฟ้า Cauchy ไม่สามารถมีอยู่ได้เพราะการรบกวนใดๆ จากคลื่นแรงโน้มถ่วง ที่ผ่านไป จะทำให้ขอบฟ้าพังทลายลงเป็นเอกภาวะที่แข็งแกร่งและเหมือนอวกาศอย่างไรก็ตาม สมมติฐานนี้ได้รับการพิสูจน์ว่าผิดในปี 2018 โดยนักคณิตศาสตร์ Mihalis Dafermos และ Jonathan Luk ซึ่งยืนยันทางคณิตศาสตร์ถึงการมีอยู่ของเอกภาวะในกาลอวกาศ Kerrถึงกระนั้น นักคณิตศาสตร์ก็ค้นพบว่าการมีอยู่ของเอกภาวะศูนย์ที่อ่อนแอที่ขอบฟ้าโคชีจะป้องกันการมีอยู่ของคำตอบหลายคำตอบของสมการของไอน์สไตน์นอกขอบฟ้าโคชี ซึ่งจะช่วยรักษาความเป็นกำหนดได้[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 15 ]พวกเขาจึงตั้งทฤษฎีว่าปริภูมิเวลานอกขอบฟ้าโคชีนั้นไม่เรียบพอที่จะใช้สมการของไอน์สไตน์ได้เลย[ 6 ] [ 7 ]
รูหนอน
งานวิจัยชี้ให้เห็นว่าเอกภาวะกลางในหลุมดำ Reissner-Nordstrom และ Kerr นั้นเป็นแบบไทม์ไลค์ซึ่งอาจทำให้สสาร ที่ตกลงไป สามารถหลีกเลี่ยงเอกภาวะได้โดยสิ้นเชิงและ "ทะลุผ่าน" เข้าไปในอีกจักรวาลหนึ่งได้[ 3 ]อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของเอกภาวะที่ขอบฟ้า Cauchy บ่งชี้ว่า "อุโมงค์ Kerr" ดังกล่าวจะถูกปิดลง ป้องกันไม่ให้สสารที่ตกลงไปใช้เป็นรูหนอนได้ [ 2 ] ถึงกระนั้น หากเอกภาวะนั้นได้รับการแก้ไขโดยผลของแรงโน้มถ่วงควอนตัม รูหนอนที่นำไปสู่หลุมขาวก็ยังคงสามารถมีอยู่ภายในแกนกลางของหลุมดำได้[ 8 ]