Физики случайно сделали новое открытие о черных дырах

Учитывая, что наши первые прямые доказательства, подтверждающие существование черных дыр, получены только в этом столетии, человечество можно простить за то, что оно не знает некоторых вещей об этих загадочных космических объектах.

Мы даже не знаем всего, чего не знаем — факт, который стал очевиден в новом открытии. Выполняя уравнения для квантовой гравитации, поправки на энтропию черной дыры, пара физиков обнаружила, что черные дыры оказывают давление на пространство вокруг них.

Безусловно, давление невелико — но это открытие удивительно согласуется с предсказанием Стивена Хокинга о том, что черные дыры испускают излучение и, следовательно, не только имеют температуру, но и медленно уменьшаются со временем, в отсутствие аккреции.

«Наше открытие, что черные дыры имеют давление, а также температуру, является еще более захватывающим, учитывая, что это было полной неожиданностью», — сказал физик и астроном Ксавье Калмет из Университета Сассекса в Великобритании.

«Если рассматривать черные дыры только в рамках общей теории относительности, можно показать, что в их центрах есть сингулярность, в которой законы физики, как мы их знаем, должны нарушаться.

«Есть надежда, что, когда квантовая теория поля будет включена в общую теорию относительности, мы сможем найти новое описание черных дыр».

Когда они сделали свое открытие, Калмет и его коллега из Университета Сассекса, физик и астроном Фолкерт Кейперс, выполняли вычисления с использованием квантовой теории поля, пытаясь исследовать горизонт событий черной дыры.

В частности, они пытались понять флуктуации на горизонте событий черной дыры, которые корректируют ее энтропию, меру перехода от порядка к беспорядку.

Пока они выполняли эти вычисления, Калмет и Кейперс продолжали наталкиваться на дополнительную цифру, которая фигурировала в их уравнениях, но им потребовалось время, чтобы распознать, на что они смотрят, — давление.

«Когда мы поняли, что загадочный результат в наших уравнениях говорит нам о том, что черная дыра, которую мы изучаем, имеет давление — был воодушевляющим», — сказал Койперс.

Непонятно, что вызывает давление, и, по расчетам команды, оно очень маленькое. Более того, оно отрицательно — выражается как -2E^-46 бар для черной дыры с массой Солнца по сравнению с земным 1 баром на уровне моря.

Это означает именно то, что звучит так: черная дыра будет сокращаться, а не расти. Это согласуется с предсказанием Хокинга, хотя на данный момент невозможно определить, как отрицательное давление связано с излучением Хокинга, или даже связаны ли эти два явления.

Однако это открытие может иметь интересные последствия для наших попыток сопоставить общую теорию относительности (на макроуровне) с квантовой механикой (которая работает в чрезвычайно малых масштабах).

Считается, что черные дыры играют ключевую роль в этом начинании. Сингулярность черной дыры математически описывается как одномерная точка чрезвычайно высокой плотности, в которой общая теория относительности нарушается, но гравитационное поле вокруг нее можно описать только релятивистски.

Согласно общей теории относительности, информация, которая исчезает за пределами черной дыры, может исчезнуть навсегда. По квантовой механике этого не может быть. Это информационный парадокс черной дыры, и математическое исследование пространства-времени вокруг черной дыры может помочь решить его.

Исследование опубликовано в Physical Review D.