Итак, вы готовы прыгнуть в черную дыру. Что могло бы подождать - несмотря ни на что - вы как-то выжили? Где бы вы оказались и какие дразнящие сказки вы бы смогли порадовать, если бы сумели вернуться обратно?
Простой ответ на все эти вопросы, как объясняет профессор Ричард Масси: «Кто знает?» Как научный сотрудник Королевского общества в Институте вычислительной космологии в Университете Дарема, Мэсси полностью осознает, что тайны черных дыр уходят глубоко. «Падение через горизонт событий буквально проходит за завесу - как только кто-то падает за нее, никто не может отправить сообщение обратно», - сказал он. «Они будут разорваны на куски огромной гравитацией, поэтому я сомневаюсь, что любой, кто провалится, получит что-нибудь».
Если это звучит как разочаровывающий и болезненный ответ, то этого следовало ожидать. С тех пор, как общая теория относительности Альберта Эйнштейна, как считалось, предсказывала черные дыры, связывая пространство-время с действием силы тяжести, было известно, что черные дыры являются результатом смерти массивной звезды, оставляющей позади небольшое, плотное остаточное ядро. Если предположить, что это ядро в три раза больше массы Солнца, гравитация сократит его до такой степени, что она упадет сама в одну точку, или особенность, понимаемую как бесконечно плотное ядро черной дыры.
Получающаяся в результате необитаемая черная дыра будет иметь такое мощное гравитационное притяжение, что даже свет не сможет ее избежать. Итак, если вы окажетесь на горизонте событий - точке, в которой свет и материя могут проходить только внутрь, как это было предложено немецким астрономом Карлом Шварцшильдом, - спасения нет. По словам Мэсси, приливные силы приведут ваше тело к нитям атомов (или «спагеттификации», как это также известно), и объект в конечном итоге будет разрушен в сингулярности. Идея о том, что вы могли бы появиться где-то - возможно, на другой стороне - кажется совершенно фантастической.
Как насчет червоточины?
Или это? На протяжении многих лет ученые изучали возможность того, что черные дыры могут стать червоточинами для других галактик. Они могут даже быть, как некоторые предполагали, путем к другой вселенной.
Такая идея уже давно возникла: Эйнштейн объединился с Натаном Розеном в 1935 году, чтобы теоретизировать мосты, соединяющие две разные точки в пространстве-времени. Но в 1980-х годах он получил некоторые новые возможности, когда физик Кип Торн - один из мировых ведущие эксперты по астрофизическим последствиям общей теории относительности Эйнштейна - подняли дискуссию о том, могут ли объекты физически проходить через них.
«Чтение популярной книги Кипа Торна о червоточинах - это то, что сначала вдохновило меня на физику в детстве», - сказал Месси. Но вряд ли червоточины существуют.
Действительно, Торн, который предоставил свои экспертные советы производственной команде для голливудского фильма «Интерстеллар», писал: «Мы не видим в нашей вселенной объектов, которые могли бы стать червоточинами с возрастом» в своей книге «Наука межзвездного» (В.В. Нортон и Компания, 2014). Торн сказал Space.com, что путешествия по этим теоретическим туннелям, скорее всего, останутся научной фантастикой, и, безусловно, нет никаких убедительных доказательств того, что черная дыра могла бы допустить такой проход.
Но проблема в том, что мы не можем подойти поближе, чтобы увидеть сами. Да ведь мы даже не можем сфотографировать что-то, что происходит внутри черной дыры - если свет не может избежать их огромной гравитации, тогда ничто не может быть сфотографировано камерой. В настоящее время теория предполагает, что все, что выходит за горизонт событий, просто добавляется к черной дыре, и, более того, поскольку время искажается вблизи этой границы, это будет происходить невероятно медленно, поэтому ответы не будут быстрыми. предстоящий.
«Я думаю, что стандартная история такова, что они ведут к концу времени», - сказал Дуглас Финкбейнер, профессор астрономии и физики в Гарвардском университете. «Наблюдатель далеко не увидит, как их друг-космонавт упадет в черную дыру. По мере приближения к горизонту событий они будут становиться все более красными и тусклыми. Но друг попадает прямо в место за пределами« навсегда ». Что бы это ни значило. "
Может быть, черная дыра ведет к белой дыре
Конечно, если черные дыры ведут в другую часть галактики или другую вселенную, 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 существует в прошлом. В отличие от черной дыры, белая дыра позволит свету и материи уйти, но свет и материя не смогут проникнуть.
Ученые продолжили исследовать 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 вне конечной области пространства-времени, где вещество коллапсирует в черную дыру и затем выходит из временная дыра. " Другими словами, все материальные черные дыры, которые они проглотили, могут быть выброшены, и черные дыры могут стать белыми дырами, когда они умирают.
Далеко не уничтожив информацию, которую она поглощает, крах черной дыры будет остановлен. Вместо этого он испытал бы квантовый отскок, позволяя информации уйти. 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 колебаний ,
«Хокинг сказал, что черная дыра не вечна», - сказал Финкбейнер. Хокинг подсчитал, что из-за радиации черная дыра теряет энергию, сжимается и исчезает, как описано в его статье 1976 года, опубликованной в Physical Review D. Учитывая его утверждения о том, что испускаемое излучение будет случайным и не содержит никакой информации о том, что произошло, черная дыра при взрыве сотрет кучу информации.
Это означало, что идея Хокинга противоречила квантовой теории, согласно которой информация не может быть уничтожена. Физика утверждает, что информацию становится все труднее найти, потому что, если она потеряна, становится невозможным узнать прошлое или будущее. Идея Хокинга привела к «информационному парадоксу чёрной дыры», и это давно озадачило ученых. Некоторые говорят, что Хокинг был просто неправ, а сам человек даже заявил, что допустил ошибку во время научной конференции в Дублине в 2004 году.
Итак, вернемся 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 журнале 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 сила тяжести увеличилась к ядру, но уменьшилась и упала. все, что входило в другую область вселенной. Результаты дали дополнительную веру в идею, что черные дыры служат порталом. В этом исследовании сингулярность не существует, и поэтому она не образует непроницаемого барьера, который в конечном итоге разрушает все, с чем он сталкивается. Это также означает, что информация не исчезает.
Может быть, черные дыры никуда не денутся
И все же физики Ахмед Альмейри, Дональд Марольф, Джозеф Полчински и Джеймс Салли все еще верили, что Хокинг мог что-то предпринять. 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 стену огня, и все, что соприкасалось, сгорело бы в одно мгновение. В этом смысле черные дыры никуда не ведут, потому что ничто не может проникнуть внутрь.
Это, однако, нарушает общую теорию относительности Эйнштейна. Тот, кто пересекает горизонт событий, на самом деле не должен испытывать каких-либо больших трудностей, потому что объект будет находиться в свободном падении, и, основываясь на принципе эквивалентности, этот объект - или человек - не будет испытывать экстремальных эффектов гравитации. Он мог бы следовать законам физики, существующим в других частях вселенной, но даже если бы он не противоречил принципу Эйнштейна, он подорвал бы квантовую теорию поля или предположил, что информация может быть потеряна.
Черная дыра неопределенности
Сделай шаг вперед, Хокинг. В 2014 году он опубликовал исследование, в котором он отказался от существования горизонта событий - то есть нечего там сжигать - говоря, что гравитационный коллапс создаст «видимый горизонт».
Этот горизонт приостановит световые лучи, пытающиеся отойти от ядра черной дыры, и сохранится в течение «периода времени». В его переосмыслении видимые горизонты временно сохраняют материю и энергию, прежде чем растворяться и высвобождать их позже по линии. Это объяснение лучше всего согласуется с квантовой теорией, которая говорит, что информация не может быть уничтожена, и, если она когда-либо будет доказана, предполагает, что из черной дыры может вырваться что угодно
Хокинг зашел так далеко, что сказал, что черных дыр может даже не существовать. «Черные дыры должны быть переопределены как метастабильные связанные состояния гравитационного поля», - писал он. Не было бы сингулярности, и хотя видимое поле двигалось бы внутрь под действием силы тяжести, оно никогда не достигло бы центра и не было бы объединено в плотной массе.
И все же все, что испускается, не будет в форме проглоченной информации. Было бы невозможно выяснить, что произошло, посмотрев на то, что выходит, что само по себе вызывает проблемы - не в последнюю очередь, скажем, для человека, который оказался в таком тревожном положении. Они никогда не будут чувствовать то же самое снова!
Одно можно сказать наверняка, эта конкретная загадка поглотит еще много научных часов на долгое время. Ровелли и Франческа Видотто недавно предположили, что компонент темной материи может быть образован остатками испаренных черных дыр, и статья Хокинга о черных дырах и «мягких волосах» была выпущена в 2018 году и описывает, как частицы с нулевой энергией остаются вокруг точки возврата нет, горизонт событий - идея, которая предполагает, что информация не потеряна, а захвачена.
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 псевдозарядов специальной физики элементарных частиц не будет сохранен. Это идея, которая заставляет ученых говорить, но есть какой-то путь, прежде чем он будет рассматриваться как ответ на вопрос, куда ведут черные дыры. Если бы мы только могли найти способ прыгнуть в него.
