Что такое черная дыра

 

Итак, вот вы и готовы прыгнуть в черную дыру. Что может вас ждать, если — вопреки всему — вы каким-то образом выживете? Где бы вы оказались и какими дразнящими историями смогли бы полакомиться, если бы вам удалось пробраться обратно?

Простой ответ на все эти вопросы, как объясняет профессор Ричард Мэсси, «Кто знает?» Как научный сотрудник Королевского общества в Институте вычислительной космологии Даремского университета, Мэсси полностью осознает, что тайны черных дыр глубоки. «Падение за горизонт событий буквально проходит за завесу — как только кто-то падает за нее, никто никогда не сможет отправить сообщение обратно», — сказал он. «Они были бы разорваны на куски огромной гравитацией, так что я сомневаюсь, что кто-нибудь, провалившись, куда-нибудь доберется».

Если это звучит как разочаровывающий — и болезненный — ответ, то этого следует ожидать. С тех пор как считалось, что общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала черные дыры, связав пространство-время с действием гравитации, было известно, что черные дыры возникают в результате смерти массивной звезды, оставляющей после себя небольшое плотное ядро. Если предположить, что это ядро имеет массу, примерно в три раза превышающую массу Солнца, гравитация будет подавлена до такой степени, что оно само упадет в одну точку, или сингулярность, понимаемую как бесконечно плотное ядро черной дыры.

В результате необитаемая черная дыра будет обладать таким мощным гравитационным притяжением, что даже свет не сможет избежать ее. Итак, если вы затем окажетесь на горизонте событий — точке, в которой свет и материя могут проходить только внутрь, как предложил немецкий астроном Карл Шварцшильд, — выхода нет. Согласно Мэсси, приливные силы превратили бы ваше тело в нити атомов (или «спагеттификацию», как ее еще называют), и объект в конечном итоге был бы раздавлен в сингулярности. Мысль о том, что вы могли бы выскочить где — нибудь — возможно, с другой стороны-кажется совершенно фантастической.

На протяжении многих лет ученые изучали возможность того, что черные дыры могут быть червоточинами в других галактиках. Они могут даже быть, как некоторые предположили, путем в другую вселенную.

Такая идея витала в воздухе в течение некоторого времени: в 1935 году Эйнштейн объединился с Натаном Розеном, чтобы теоретизировать мосты, соединяющие две разные точки пространства-времени. Но это получило некоторую новую почву в 1980 — х годах, когда физик Кип Торн — один из ведущих мировых экспертов по астрофизическим последствиям общей теории относительности Эйнштейна-поднял дискуссию о том, могут ли объекты физически перемещаться через них.

«Чтение популярной книги Кипа Торна о червоточинах-это то, что впервые привело меня в восторг от физики в детстве», — сказал Мэсси. Но маловероятно, что червоточины существуют.

Действительно, Торн, который дал свой экспертный совет съемочной группе голливудского фильма «Интерстеллар», написал: «Мы не видим в нашей вселенной объектов, которые могли бы стать червоточинами с возрастом», в своей книге «Наука о межзвездном» (W. W. Нортон и компания, 2014). Торн рассказал Space.com что путешествия по этим теоретическим туннелям, скорее всего, останутся научной фантастикой, и, безусловно, нет никаких убедительных доказательств того, что черная дыра может позволить такой проход.

Но проблема в том, что мы не можем подойти поближе, чтобы увидеть все своими глазами. Ведь мы даже не можем сфотографировать все, что происходит внутри черной дыры, — если свет не может избежать их огромной гравитации, то камера ничего не может сфотографировать. В нынешнем виде теория предполагает, что все, что выходит за горизонт событий, просто добавляется в черную дыру, и, более того, поскольку время искажается вблизи этой границы, это будет происходить невероятно медленно, поэтому ответы не будут получены быстро.

«Я думаю, что стандартная история заключается в том, что они ведут к концу времени», — сказал Дуглас Финкбайнер, профессор астрономии и физики Гарвардского университета. «Наблюдатель, находящийся далеко, не увидит, как их друг-астронавт упадет в черную дыру. Они просто станут краснее и слабее по мере приближения к горизонту событий [в результате гравитационного красного смещения]. Но друг попадает прямо туда, в место за пределами»навсегда». Что бы это ни значило».

МОЖЕТ БЫТЬ, ЧЕРНАЯ ДЫРА ВЕДЕТ К БЕЛОЙ ДЫРЕ

Конечно, если черные дыры действительно ведут в другую часть галактики или другой вселенной, на другой стороне должно быть что-то противоположное им. Может ли это быть белой дырой — теория, выдвинутая российским космологом Игорем Новиковым в 1964 году? Новиков предположил, что черная дыра связана с белой дырой, которая существовала в прошлом. В отличие от черной дыры, белая дыра позволит свету и материи уйти, но свет и материя не смогут войти.

Ученые продолжают изучать потенциальную связь между черными и белыми дырами. В своем исследовании 2014 года, опубликованном в журнале Physical Review D, физики Карло Ровелли и Хэл М. Хаггард утверждали, что «существует классическая метрика, удовлетворяющая уравнениям Эйнштейна за пределами конечной области пространства-времени, где материя коллапсирует в черную дыру, а затем выходит из дыры времени». Другими словами, весь материал, который проглотили черные дыры, может быть выброшен, и черные дыры могут стать белыми дырами, когда они умрут.

Отнюдь не уничтожая информацию, которую она поглощает, коллапс черной дыры был бы остановлен. Вместо этого он будет испытывать квантовый скачок, позволяя информации ускользать. Если бы это было так, это пролило бы некоторый свет на предложение бывшего космолога Кембриджского университета и физика — теоретика Стивена Хокинга, который в 1970 — х годах исследовал возможность того, что черные дыры испускают частицы и излучение-тепловое тепло-в результате квантовых флуктуаций.

Нажмите здесь для получения дополнительной информации Space.com видео…
«Хокинг сказал, что черная дыра не длится вечно», — сказал Финкбайнер. Хокинг рассчитал, что излучение приведет к тому, что черная дыра потеряет энергию, уменьшится и исчезнет, как описано в его статье 1976 года, опубликованной в журнале Physical Review D. Учитывая его утверждения о том, что излучение будет случайным и не будет содержать никакой информации о том, что упало, черная дыра при ее взрыве сотрет множество информации.

Это означало, что идея Хокинга расходилась с квантовой теорией, которая утверждает, что информация не может быть уничтожена. Физика утверждает, что информацию просто становится все труднее найти, потому что, если она будет потеряна, станет невозможно узнать прошлое или будущее. Идея Хокинга привела к «информационному парадоксу черной дыры», и это долгое время озадачивало ученых. Некоторые говорили, что Хокинг просто ошибался, а сам человек даже заявил, что допустил ошибку во время научной конференции в Дублине в 2004 году.

Итак, возвращаемся ли мы к концепции черных дыр, испускающих сохраненную информацию и выбрасывающих ее обратно через белую дыру? Может быть. В своем исследовании 2013 года, опубликованном в Physical Review Letters, Хорхе Пуллин из Университета штата Луизиана и Родольфо Гамбини из Университета Республики в Монтевидео, Уругвай, применили петлевую квантовую гравитацию к черной дыре и обнаружили, что гравитация увеличилась к ядру, но уменьшилась и отбросила все, что входило в другую область Вселенной. Полученные результаты придали дополнительную убедительность идее о том, что черные дыры служат порталом. В этом исследовании сингулярности не существует, и поэтому она не образует непроницаемого барьера, который в конечном итоге разрушает все, с чем сталкивается. Это также означает, что информация не исчезает.

 

МОЖЕТ БЫТЬ, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ НИКУДА НЕ ВЕДУТ

И все же физики Ахмед Альмхейри, Дональд Марольф, Джозеф Польчински и Джеймс Салли все еще верили, что Хокинг мог что-то заподозрить. Они работали над теорией, которая стала известна как брандмауэр AMPS, или гипотеза брандмауэра черной дыры. По их расчетам, квантовая механика могла бы реально превратить горизонт событий в гигантскую огненную стену, и все, что соприкоснется, сгорело бы в одно мгновение. В этом смысле черные дыры никуда не ведут, потому что ничто никогда не сможет проникнуть внутрь.

Это, однако, нарушает общую теорию относительности Эйнштейна. Кто — то, пересекающий горизонт событий, на самом деле не должен испытывать особых трудностей, потому что объект будет находиться в свободном падении и, исходя из принципа эквивалентности, этот объект — или человек-не будет испытывать экстремальных эффектов гравитации. Это могло бы следовать законам физики, существующим в других частях Вселенной, но даже если бы это не противоречило принципу Эйнштейна, это подорвало бы квантовую теорию поля или предположило, что информация может быть потеряна.

ЧЕРНАЯ ДЫРА НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

Шагни вперед, Хокинг, еще раз. В 2014 году он опубликовал исследование, в котором отказался от существования горизонта событий — то есть там нечего сжигать, — заявив, что гравитационный коллапс вместо этого создаст «видимый горизонт».

Этот горизонт приостановил бы световые лучи, пытающиеся удалиться от ядра черной дыры, и сохранялся бы в течение «определенного периода времени». В его переосмыслении видимые горизонты временно удерживают материю и энергию, прежде чем раствориться и высвободить их позже по линии. Это объяснение лучше всего согласуется с квантовой теорией, которая утверждает, что информация не может быть уничтожена, и, если это когда — либо было доказано, оно предполагает, что из черной дыры может вырваться что угодно.

Хокинг зашел так далеко, что сказал, что черных дыр, возможно, даже не существует. «Черные дыры следует переопределить как метастабильные связанные состояния гравитационного поля», — писал он. Не было бы сингулярности, и хотя видимое поле двигалось бы внутрь из-за гравитации, оно никогда не достигло бы центра и не было бы консолидировано в плотной массе.

И все же все, что излучается, не будет в форме поглощенной информации. Было бы невозможно понять, что вошло, посмотрев на то, что выходит, что само по себе вызывает проблемы — не в последнюю очередь, скажем, для человека, оказавшегося в таком тревожном положении. Они никогда больше не будут чувствовать себя так, как раньше!

Одно можно сказать наверняка: эта конкретная тайна еще долго будет поглощать много научных часов. Ровелли и Франческа Видотто недавно предположили, что компонент темной материи может образоваться из остатков испарившихся черных дыр, а статья Хокинга о черных дырах и «мягких волосах» была опубликована в 2018 году и описывает, как частицы с нулевой энергией остаются вокруг точки невозврата, горизонта событий-идея, которая предполагает, что информация не теряется, а захватывается.

Это противоречило теореме об отсутствии волос, которая была выражена физиком Джоном Арчибальдом Уилером и работала на том основании, что две черные дыры будут неразличимы для наблюдателя, потому что ни один из специальных псевдозарядов физики элементарных частиц не будет сохранен. Эта идея заставила ученых заговорить, но есть еще какой-то путь, прежде чем она станет ответом на вопрос, куда ведут черные дыры. Если бы только мы могли найти способ прыгнуть в одну из них.



Копирование информации с сайта greednews.su разрешено только при использовании активной гипер ссылки на новость, спасибо за то что цените наши авторские права!

Поделиться ссылкой:

 

Оценить статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *