광자가 블랙홀을 향해 아프면, 대부분은 깊이로 빨려 들어가거나 절대 돌아 오지 않거나 부드럽게 휘젓습니다. 그러나 드문 소수의 사람들은 구멍을 치우면서 일련의 갑작스러운 U 턴을 만듭니다. 이 광자들 중 일부는 블랙홀을 실제로 영원히 돌고 있습니다.
천체 물리학 자들이“우주 영화 카메라”와“무한한 광 함정”으로 묘사 한 결과, 그 결과 광자의 궤도 고리는 본질적으로 가장 이상한 현상 중 하나입니다. 애리조나 대학교의 물리학자인 샘 그라 라 (Sam Gralla)는 광자를 감지하면“우주의 모든 물체를 무한히 여러 번 볼 것”이라고 말했다.
그러나 블랙홀의 상징적 인 이벤트 지평과는 달리, 중력이 너무 강한 경계는 아무것도 탈출 할 수없는 경계-더 멀리 떨어진 구멍을 공전하는 광자 링은 이론가들로부터 많은 관심을받지 못했습니다. 연구원들은이 사건의 지식에 대한 지식의 가장자리를 표시하기 때문에 이벤트 수평선에 몰두했다는 것이 합리적입니다. 대부분의 우주에서, 중력은 Albert Einstein의 일반적인 상대성 이론에 의해 설명 된 바와 같이 공간과 시간의 곡선을 가진 트랙입니다. 그러나 시공간은 블랙홀 안에서 너무 많이 뒤틀어 일반 상대성이라는 일반적인 상대성이 무너집니다. Quantum Gravity 이론가들은 중력에 대한 진실, 양자 묘사를 추구하는 Quantum Deccription을 찾아서 대답을 위해 수평선을 보았습니다.
하버드 대학교 (Harvard University)의 주요 블랙홀이자 양자 중력 이론가 인 앤드류 스트롬 머린 (Andrew Strominger)은“이 행사 호라이즌이 우리가 이해해야 할 것이라는 견해를 취했다. "그리고 나는 광자 링을 깊은 의미가없는 일종의 기술적이고 복잡한 것으로 생각했습니다."
이제 Strominger는 자신의 U 턴을 만들고 다른 이론가들이 그를 합류하도록 설득하려고 노력하고 있습니다. "우리는 광자 링이 커 블랙홀의 비밀을 잠금 해제하기 위해 이해해야 할 가능성이 흥분하고있다"고 말했다. (광자 링은 동시에 형성됩니다.)
5 월에 온라인으로 게시되어 최근에 Classical Quantum Gravity 에 출판 된 논문에서 Strominger와 그의 협력자들은 회전하는 블랙홀 주변의 광자 링이 예기치 않은 종류의 대칭을 가지고 있음을 밝혀 냈습니다. 대칭은 링이 구멍의 양자 구조에 대한 정보를 인코딩 할 수 있음을 시사합니다. "이 대칭은 블랙홀의 양자 역학을 이해하는 데있어 중심적인 문제와 관련이 있습니다." 이 발견으로 인해 연구원들은 광자 링이 블랙홀의“홀로그램 이중”의 일부일 수 있는지 여부에 대해 토론하게 만들었습니다. 블랙홀 자체와 정확히 동등한 양자 시스템과 블랙홀이 홀로그램처럼 떠오르는 것으로 생각할 수 있습니다.
.이 연구에 관여하지 않은 캐나다 맥길 대학의 이론가 인 알렉스 말로 니 (Alex Maloney)는“이 연구에 관여하지 않은 캐나다 맥길 대학교의 이론가 인 알렉스 말로 니 (Alex Maloney)는“이 [블랙홀] 기하학의 홀로그래피를 이해하는 데 매우 흥미로운 길을 열었다. "새로운 대칭은 이벤트 수평선에서 멀리 떨어진 블랙홀의 구조를 구성하고 있으며, 그것이 매우 흥미 진진하다고 생각합니다."
.연구자들이 광자 링이 블랙홀의 내 함량을 암호화하는지 또는 어떤 방식으로 있는지 확실히 말하기 전에 훨씬 더 많은 이론적 연구가 필요합니다. 그러나 최소한 이론가들은 새로운 논문이 블랙홀의 홀로그램 이중이라고 주장하는 모든 양자 시스템에 대한 정확한 테스트를 자세히 설명했다고 말합니다. 뉴저지 주 프린스턴에서 열린 고급 연구 연구소의 Juan Maldacena는“이것은 홀로그램 설명의 대상입니다.
광자 링에 숨어
광자 링에 대한 흥분의 일부는 이벤트 수평선과 달리 실제로 볼 수 있다는 것입니다. 실제로,이 고리를 향한 Strominger의 U 턴은 사진으로 인해 발생했습니다 :블랙홀의 첫 번째 이미지. 이벤트 Horizon Telescope (EHT)가 2019 년에 그것을 공개했을 때“나는 울었다”고 말했다. "놀랍게도 아름답습니다."
Elation은 곧 혼란에 빠졌습니다. 이미지의 블랙홀에는 그 주위에 두꺼운 빛의 고리가 있었지만 EHT 팀의 물리학 자들은이 빛이 구멍의 혼란스러운 주변 환경의 산물인지 또는 블랙홀의 광자 링이 포함되어 있는지 알지 못했습니다. 그들은 이미지 해석을 돕기 위해 Strominger와 그의 이론가 동료들에게 갔다. 그들은 EHT 팀이 블랙홀 주위에 빛을 생성하는 물리적 프로세스를 풀기 위해 사용하고있는 컴퓨터 시뮬레이션의 거대한 데이터 뱅크를 탐색했습니다. 이 시뮬레이션 된 이미지에서 그들은 더 크고 퍼지가있는 오렌지 도넛에 얇고 밝은 고리를 볼 수있었습니다.
하버드에있는 동안 Strominger 및 EHT 물리학 자들과 협력 한 이스라엘 하이파 대학의 Shahar Hadar는“모든 시뮬레이션을 볼 때는 놓칠 수 없습니다. Hadar는 광자 링의 형성은 모든 블랙홀 주위에서 발생하는 "보편적 효과"인 것 같습니다.
이론가들은 블랙홀을 둘러싸고있는 에너지 충돌 입자 및 필드의 소용돌이와 달리, 이론가들은 광자 링의 날카로운 선은 질량 및 스핀 양을 포함하여 블랙홀의 특성에 대한 직접적인 정보를 전달합니다. Strominger는“블랙홀을 실제로 볼 수있는 가장 아름답고 설득력있는 방법입니다.
천문학 자, 시뮬레이터 및 이론가들의 협력에 따르면 EHT의 실제 사진은 근처의 Galaxy Messier 87의 중앙에 블랙홀을 보여주는 것으로 나타났습니다. 그들은 2020 종이에서 미래의 고해상도 망원경이 쉽게 광자 고리를 볼 수 있다고 주장했다. (새로운 논문은 원래 데이터에서 레이어를 제거하기 위해 알고리즘을 적용하여 EHT의 2019 이미지에서 링을 발견했다고 주장하지만, 그 주장은 회의론에 충족되었습니다.)
그럼에도 불구하고, 시뮬레이션에서 오랫동안 광자 고리를 쳐다 보면서 Strominger와 그의 동료들은 그들의 형태가 더 깊은 의미로 암시되는지 궁금해하기 시작했습니다.
놀라운 대칭
블랙홀 주위에 단일 U 턴을 만드는 광자와 지구를 향한 지퍼는 우리에게 단일 빛의 고리로 보일 것입니다. 구멍 주위에 두 개의 U 턴을 만드는 광자는 첫 번째 링 내에서 희미하고 얇은 하위 링으로 나타납니다. 그리고 세 개의 U 턴을 만드는 광자는 그 하위 링 안에 서브 링으로 보이며, 그 중첩 고리를 생성합니다.
내부 서브 링의 빛은 더 많은 궤도를 만들었으므로 외부 서브 링의 빛 앞에서 포착되어 주변 우주의 일련의 시간이 지연된 스냅 샷을 만들었습니다. "함께, 하위 구멍 세트는 영화의 프레임과 유사하며 블랙홀에서 볼 수 있듯이 보이는 우주의 역사를 포착합니다."협력은 2020 종이에 썼습니다.
.Strominger는 그와 그의 협력자들이 EHT 사진을 보았을 때“우리는 다음과 같이 말했습니다.‘이봐, 그 화면에 바로 우주의 무한한 사본이 있습니까? 홀로그램의 이중이 사는 곳이 될 수 없었습니까?””
연구원들은 링의 동심 구조가 Compormal 대칭이라는 대칭 그룹을 암시한다는 것을 깨달았습니다. 적합성 대칭이있는 시스템은 "스케일 불변성"을 나타내며, 이는 확대되거나 확대 될 때 동일하게 보입니다. 이 경우, 각 광자 하위 링은 이전 하위 링의 정확한 사본 사본입니다. 더욱
Strominger는 1990 년대에 그가 연구하고있는 특별한 5 차원 블랙홀에서 나타 났을 때 적합성 대칭을 만났습니다. 이 대칭의 세부 사항을 정확하게 이해함으로써, 그와 Cumrun Vafa는 적어도 이러한 극단적 인 종류의 블랙홀 내부에서 일반 상대성을 양자 세계에 연결하는 새로운 방법을 찾았습니다. 그들은 블랙홀을 자르고 이벤트 지평을 홀로그램 플레이트라고하는 것으로 대체하는 것을 상상했습니다. 그들은 시스템의 특성이 마치 블랙홀이 컨 포멀 양자 시스템의 고차원 홀로그램 인 것처럼 블랙홀의 특성에 해당한다는 것을 보여 주었다. 이런 식으로, 그들은 일반 상대성 이론에 따른 블랙홀의 설명과 양자 기계적 설명 사이에 다리를 만들었습니다.
1997 년 Maldacena는이 같은 홀로그램 원리를 전체 장난감 우주로 확장했습니다. 그는 병의 표면에 사는 적합성 대칭 양자 시스템이 병의 내부의 시공간과 중력의 특성에 정확히 매핑 된“병의 우주”를 발견했습니다. 마치 내부가 홀로그램처럼 저 차원 표면에서 투사 된“우주”인 것처럼
이 발견은 많은 이론가들이 실제 우주가 홀로그램이라고 믿게했다. 장애는 병에있는 Maldacena의 우주가 우리 자신과 다르다는 것입니다. 부정적으로 구부러진 시공간 유형으로 가득 차있어 표면과 같은 외부 경계를 제공합니다. 우리의 우주는 평평한 것으로 생각되며 이론가들은 평평한 시공간의 홀로그램 이중이 어떻게 보이는지 거의 알지 못합니다. Strominger는“우리는이 가상의 세계에서 배운 것에서 영감을 받아 현실 세계로 돌아와야합니다.
그래서 그룹은 이벤트 호라이즌 망원경에서 촬영 한 것과 같이 평평한 시공간에 앉아 현실적인 회전 블랙홀을 연구하기로 결정했습니다. “첫 번째 질문은 다음과 같습니다. 홀로그램 이중은 어디에 살고 있습니까? 그리고 대칭은 무엇입니까?” Hadar.
홀로그램 듀얼 검색
역사적으로, Compormal 대칭은 중력이있는 시스템에 홀로그램으로 매핑되는 양자 시스템을 검색하는 데 신뢰할 수있는 안내서를 입증했습니다. Strominger는“양자 중력 이론가와 같은 문장에 동일한 문장에 적합성 대칭과 블랙홀을 말하는 것은 개 앞에서 붉은 고기를 흔들고있는 것과 같습니다.
Kerr Metric이라고 불리는 일반적인 상대성에서 블랙홀 스핀에 대한 설명에서 시작하여 그룹은 컨 포멀 대칭의 힌트를 찾기 시작했습니다. 그들은 해머로 블랙홀을 때리면서 종처럼 울리게한다고 상상했습니다. 이 천천히 사라지는 진동은 두 개의 블랙홀이 충돌 할 때 생성 된 중력파와 같습니다. 블랙홀은 벨의 울림 톤이 그 모양에 의존하는 것처럼 시공간의 모양 (즉, Kerr 메트릭)의 모양에 의존하는 일부 공진 주파수로 울립니다.
.Kerr 메트릭이 너무 복잡하기 때문에 정확한 진동 패턴을 파악할 수 없습니다. 따라서 팀은 고주파 진동 만 고려하여 패턴을 근사화했으며, 이는 블랙홀을 매우 세게 치는 것으로 나타났습니다. 그들은이 높은 에너지에서 파도 패턴과 블랙홀의 광자 고리 구조 사이의 관계를 발견했습니다. 이 패턴은“광자 링에 의해 완전히 지배되는 것으로 밝혀졌다”고 테네시의 중력, 파도 및 유체에 대한 Vanderbilt 이니셔티브의 Alex Lupsasca는 Streminger, Hardar 및 Daniel Kapec과 함께 새로운 논문을 공동 저술 한 테네시의 중력, 파도 및 유체가 말했다.
Covid-19 Pandemic에서 2020 년 여름에 중추적 인 순간이왔다. 하버드의 Jefferson Physics Lab 외부의 잔디에 블랙 보드와 벤치가 설치되었으며 연구원들은 마침내 직접 만날 수있었습니다. 그들은 각 광자 링을 다음 하위 링과 관련시키는 컨 포멀 대칭과 마찬가지로, 울리는 블랙홀의 연속적인 색조는 컨 포멀 대칭에 의해 서로 관련이 있다고 말했다. Strominger는 광자 고리와 블랙홀 진동 사이의 이러한 관계가 홀로그래피의 "선구자"가 될 수 있다고 말했다.
광자 링이 특별한 의미를 가질 수 있다는 또 다른 단서는 링이 블랙홀의 형상과 관련된 반 직관적 인 방식에서 비롯됩니다. Hadar는“매우 이상합니다. "광자 링의 다른 지점을 따라 움직일 때 실제로 다른 반지름을 조사하고 있습니다."
이러한 결과는 Strominger에게 이벤트 지평이 아닌 광자 링이 회전하는 블랙홀의 홀로그램 플레이트의 일부에 대한 "자연 후보"라는 것을 의미합니다.
.그렇다면 블랙홀에 빠지는 물체에 대한 정보에 대한 정보를 보여주는 새로운 방법이있을 수 있습니다. 블랙홀 정보 역설로 알려진 오랜 미스터리. 최근 계산에 따르면이 정보는 블랙홀이 천천히 증발하여 우주에 의해 어떻게 든 보존된다는 것을 나타냅니다. Strominger는 이제 정보가 홀로그램 플레이트에 저장 될 수 있다고 추측합니다. "아마도 정보는 실제로 블랙홀에 빠지지 않지만 블랙홀 외부의 구름에 머물러있어서 아마도 광자 링으로 확장 될 것"이라고 그는 말했다. "하지만 우리는 그것이 어떻게 코딩되어 있는지 또는 정확히 작동하는 방식을 이해하지 못합니다."
이론가들에게 전화
Strominger and Company는 홀로그램 이중이 광자 링 안팎에서 살고 있다는 Quantum Gravity Teorists에 의해 회의론에 충족되었으며, 그는 링의 컨 포멀 대칭으로부터 외삽을 너무 굵게 표시합니다. "Holographic Dual Lives는 대칭이 무엇입니까?" 매사추세츠 공과 대학의 양자 중력 및 블랙홀 이론가 인 Daniel Harlow는 말했다. Harlow는이 문제에 대한 추가 연구에 찬성하지만,이 경우 설득력있는 홀로그램 이중성은 개별 광자의 궤도 및 주파수와 같은 광자 링의 특성을 보여 주어야한다고 강조합니다.
그럼에도 불구하고, 몇몇 전문가들은 새로운 연구가 제안 된 홀로그램 이중이 될 수있는 유용한 바늘을 제공한다고 말했다. 듀얼은 종처럼 부딪친 후 회전하는 블랙홀의 특이한 진동 패턴을 인코딩 할 수 있어야한다. Strominger는“블랙홀을 설명하는 양자 시스템을 요구하는 것은 그 복잡성을 모두 재현하는 것은 엄청나게 강력한 제약이며, 우리가 전에 악용하지 않은 적이없는 제약입니다. Stanford University의 이론 물리학자인 Eva Silverstein은 다음과 같이 말했습니다 :“홀로그램 듀얼 설명을 시도 할 때 사람들이 재생산하려는 이론적 데이터의 아주 좋은 조각처럼 보입니다.”
.Maldacena는 다음과 같이 말했습니다.“이것을 홀로그램 듀얼에 포함시키는 방법을 이해하고 싶습니다. 그래서 그것은 아마도 그 방향으로 일부 연구를 자극 할 것입니다.”
Maloney는 광자 링의 새로운 대칭이 이론가와 관찰자들 사이의 관심을 자극 할 것이라고 의심합니다. 이벤트 Horizon 망원경으로의 업그레이드가 기대되면 몇 년 안에 광자 링을 감지 할 수 있습니다.
이러한 고리의 향후 측정은 홀로그래피를 직접 테스트하지는 않습니다. 오히려 데이터는 블랙홀 근처의 일반 상대성 이론의 극단적 인 테스트를 허용합니다. 블랙홀 주변의 무한한 빛 트랩의 구조가 내부의 비밀을 수학적으로 암호화 할 수 있는지 펜 앤 페이퍼 계산으로 결정하는 것은 이론가들에게 달려 있습니다.
