I ricercatori hanno mostrato come le singolarità, che normalmente si trovano solo al centro dei buchi neri e nascoste alla vista, potrebbero esistere in uno spazio tridimensionale altamente curvo.

I ricercatori, dell'Università di Cambridge, hanno utilizzato simulazioni al computer per prevedere l'esistenza di una cosiddetta singolarità nuda, che interferisce con la teoria della relatività generale di Einstein. Questa è la prima volta che una singolarità nuda, che fa crollare le leggi della fisica, è stato previsto nello spazio tridimensionale. I risultati sono riportati sulla rivista Lettere di revisione fisica .

La teoria della relatività generale di Einstein è alla base della nostra attuale comprensione della gravità:tutto, dalla stima dell'età delle stelle nell'universo, ai segnali GPS su cui ci affidiamo per aiutarci a navigare, si basa sulle sue equazioni. In parte, la teoria ci dice che la materia deforma lo spaziotempo circostante, e ciò che chiamiamo gravità è l'effetto di quell'ordito. Nei 100 anni dalla sua pubblicazione, la relatività generale ha superato ogni prova che le è stata sottoposta, ma uno dei suoi limiti è l'esistenza delle singolarità.

Una singolarità è un punto in cui la gravità è così intensa che lo spazio, tempo, e le leggi della fisica crollano. La relatività generale prevede che al centro dei buchi neri esistano singolarità, e che sono circondati da un orizzonte degli eventi - il "punto di non ritorno, ' dove l'attrazione gravitazionale diventa così forte che la fuga è impossibile, nel senso che non possono essere osservati dall'esterno.

Da più di 40 anni, i matematici hanno proposto che ogni volta che si formano singolarità, saranno sempre nascosti alla vista in questo modo – questa è nota come la 'congettura della censura cosmica'. Se è vero, censura cosmica significa che al di fuori dei buchi neri, queste singolarità non hanno alcun effetto misurabile su nulla, e le previsioni della relatività generale restano valide.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno utilizzato simulazioni al computer per prevedere l'esistenza di "singolarità nude", ovvero singolarità che esistono al di fuori di un orizzonte degli eventi. Le nude singolarità invaliderebbero la congettura della censura cosmica e, per estensione, la capacità della relatività generale di spiegare l'universo come una teoria a sé stante. Però, tutte queste previsioni sono state modellate su universi che esistono in dimensioni superiori. Per esempio, nel 2016, due Cambridge Ph.D. gli studenti predissero l'esistenza di una singolarità nuda, ma le loro previsioni erano basate su un universo a cinque dimensioni.

La nuova ricerca, di Toby Crisford e Jorge Santos del Dipartimento di Matematica Applicata e Fisica Teorica di Cambridge, ha predetto l'esistenza di una singolarità nuda in un universo quadridimensionale:tre dimensioni spaziali, più tempo, per la prima volta.

Le loro previsioni mostrano che una singolarità nuda può formarsi in un tipo speciale di spazio curvo noto come spazio anti-de Sitter, in cui l'universo ha una caratteristica forma a "sella". Secondo la relatività generale, gli universi possono avere varie forme, e lo spazio anti-de Sitter è una di queste possibili forme.

Lo spazio Anti-de Sitter ha una struttura molto diversa dallo spazio piatto. In particolare ha un confine che la luce può raggiungere, a quel punto si riflette indietro. "È un po' come avere uno spaziotempo in una scatola, " disse Crisford. "Al confine, le pareti della scatola, abbiamo la libertà di specificare cosa stanno facendo i vari campi, e usiamo questa libertà per aggiungere energia al sistema e alla fine forzare la formazione di una singolarità".

Sebbene i risultati non siano direttamente applicabili al nostro universo, poiché "forzare" una singolarità non è una procedura che è possibile simulare nello spazio piatto, aprono nuove opportunità per studiare altre teorie per comprendere l'universo. Una di queste teorie potrebbe coinvolgere la gravità quantistica, che fornisce nuove equazioni vicine a una singolarità.

"La singolarità nuda che vediamo rischia di scomparire se dovessimo includere particelle cariche nella nostra simulazione - questo è qualcosa che stiamo attualmente studiando, " disse Santos. "Se è vero, potrebbe implicare una connessione tra la congettura della censura cosmica e la congettura della gravità debole, che dice che qualsiasi teoria coerente della gravità quantistica deve contenere particelle sufficientemente cariche. Nello spazio anti-de Sitter, la congettura della censura cosmica potrebbe essere salvata dalla debole congettura della gravità."