Чому чорні діри не поглинають весь простір?

Чорні діри чудово всмоктують матерію. Настільки сильно, що навіть світло не може вирватися з їх обіймів (звідси й назва). Але з огляду на їх талант до поглинання, чому чорні діри не продовжують все розширюватися й розширюватися і просто не поглинуть Всесвіт?

У 2018 році один із провідних фізиків світу запропонував сліпуче пояснення, розповідає видання ScienceAlert.

Зручно, що ця ідея також може об'єднати дві найбільші теорії у всій фізиці.

Дослідником цього пояснення є не хто інший, як фізик Стенфордського університету Леонард Сасскінд, також відомий як один із батьків теорії струн.

Він висловив свої міркування щодо парадокса у серії статей, в яких, в основному, говориться про те, що чорні діри розширюються, збільшуючи складність усередині себе — особливість, яку ми просто не бачимо під час спостережень здалеку.

Іншими словами, вони розширюються всередину, а не назовні.

Що ще дивніше, ця гіпотеза може мати паралель з розширенням нашого Всесвіту, який також, схоже що, зростає у не інтуїтивному сенсі.

"Я думаю, що це дуже і дуже цікаве питання, чи пов'язане космологічне зростання простору зі зростанням якоїсь складності", - цитує Сасскінда видання "Атлантика".

"І чи пов'язаний космічний годинник, еволюція Всесвіту з еволюцією складності. Я не знаю відповіді".

Сасскінд можливо спекулює щодо еволюції Всесвіту, але його думки про те, чому чорні діри ростуть більше всередину, ніж назовні, варті уваги. Звичайно, за своєю природою цей тип дослідження є теоретичним, і його нелегко перевірити або спростувати в процесі експертної оцінки.

Але тут є досить класна ідея, яку варто розкрити. Для цього нам потрібно на мить повернутися до основ. Тож... тримайся міцніше.

Простіше кажучи, чорні діри — це щільні маси, які спотворюють простір настільки, що навіть світлу (читай: інформації) не вистачає швидкості втечі, необхідної для виходу.

Перші вагомі теоретичні підстави для такого об’єкта з’явились природним чином з математики, що стояла за загальною теорією відносності Ейнштейна ще у 1915 році. Відтоді фізичні об’єкти, що відповідають цим передбаченням, були неодноразово помічені у центрах галактик.

Поширеною аналогією є уявлення вимірів простір + час у вигляді гладкого гумового листа. Так само як важкий предмет викриває гумовий лист, маса спотворює геометрію простору-часу.

Властивості гумового листа нашого Всесвіту означають, що він може утворити глибоку гравітаційну воронку, яка розтягується "вниз", без розтягування набагато далі "назовні".

Більшість об'єктів розширюються "назовні", коли ви додаєте матеріал, а не "всередину". Тож як ми взагалі можемо це уявити? Гумові листи — корисні аналогії, але лише до певного моменту.

Щоб зрозуміти, як поводиться матерія на цьому надзвичайно еластичному тлі, нам потрібно шукати відповідь в іншому місці. На щастя, у фізики є другий звід правил про те, як працює Всесвіт, який називається квантовою механікою, яка описує взаємодію частинок та їх сил.

Проте ці два зводи правил — загальна теорія відносності та квантова механіка — не завжди узгоджуються. Маленькі речі, інтерпретовані через призму загальної теорії відносності, не мають особливого сенсу. А такі великі речі, як чорні діри, призводять до тарабарщини, коли застосовуються правила квантової механіки.

Це означає, що ми упустили щось важливе — те, що дозволило б нам інтерпретувати властивість згинання простору у загальній теорії відносності з точки зору скінченних мас та частинок-посередників.

Одним із претендентів є те, що називається “анти-де Сіттера/конформна теорія поля”, скорочено Ads/CFT. Це ідея типу "теорія струн зустрічає чотиривимірний простір", мета якої — об'єднати найкраще з квантової механіки та загальної теорії відносності.

Виходячи з цієї концепції, квантова складність чорної діри — кількість кроків, необхідних для повернення її до стану до-чорної діри — відображається в її об’ємі.

Те саме мислення лежить в основі іншої ідеї, що ламає мозок, під назвою голографічний принцип. Точні подробиці не для слабкодухих, але вони залишаються у вільному доступі на arXiv, якщо ви хочете отримати свою порцію математики на день.

Це може здатися трохи схожим на завантаження фільмів на ваш робочий стіл тільки для того, щоб виявити, що всередині він тепер "більший". Як би це смішно не звучало, але в екстремальних умовах чорної діри більша обчислювальна потужність дійсно може означати більший внутрішній об'єм. Принаймні так пропонує моделювання Ads/CFT Сасскінда.

Теорія струн сама по собі є однією з тих приємних ідей, які випрошують емпіричної перемоги, тому нам ще далеко від шлюбу між квантовою механікою та загальною теорією відносності.

Припущення Сасскінда про те, що квантова складність, у загальному підсумку, відповідає за об'єм чорної діри, змусило фізиків продумати наслідки. Зрештою, чорні діри не схожі на звичайний простір, тому ми не можемо очікувати застосування звичайних правил.

Але якщо когось варто заслухати на цю тему, то це, мабуть, той самий хлопець.

Його лекції доступні на сервері препринтів arXiv, а у 2020 році були опубліковані як книга.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.