Квантовая цензура может скрыть ужасную правду о том, что скрывается внутри черной дыры
Теория гравитации Альберта Эйнштейна, общая теория относительности, известна своей неполнотой. Как доказал нобелевский лауреат по физике Роджер Пенроуз, когда материя коллапсирует под действием собственного гравитационного притяжения, результатом является «сингулярность» – точка бесконечной плотности или кривизны.
В сингулярности пространство, время и материя сжимаются и растягиваются в небытие. Законы физики, какими мы их знаем, терпят полный крах.
Если бы мы могли наблюдать сингулярности, наши физические теории не могут быть использованы для предсказания будущего на основе прошлого. Другими словами, наука стала бы невозможной.
Пенроуз также понял, что природа может иметь лекарство от этой судьбы. – черные дыры.
Определяющей особенностью черной дыры является ее горизонт событий, односторонняя мембрана в пространстве-времени. Объекты, включая свет, пересекающие горизонт событий, никогда не смогут покинуть его из-за невероятно сильного гравитационного притяжения черной дыры.
Во всех известных математических описаниях черных дыр сингулярности присутствуют в их ядре.
Постулировал Пенроуз что все сингулярности гравитационного коллапса «одеты» горизонтами событий черных дыр – то есть мы никогда не сможем их наблюдать. Поскольку сингулярность находится внутри горизонта событий, физика в остальной части Вселенной работает как обычно.
Это гипотеза Пенроуза о том, что не существует «голых» сингулярностей, называется космической цензурой.
После половины век, это остается недоказанной и является одной из важнейших открытых проблем математической физики. В то же время найти примеры случаев, когда гипотеза не подтверждается, оказалось столь же сложно.
В недавней работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, мы показали, что квантовая механика, управляющая микрокосмом частиц и атомов, поддерживает космическую цензуру.
черных дыр и квантовой материи содержится внутри него. Такое добавление энтропии квантовой материи гарантирует, что квантовое неравенство истинно даже тогда, когда классическая версия не работает (в квантовых масштабах).Когда квантовая материя вводится, ее энтропия добавляется к энтропии черной дыры, подчиняясь обобщенному второму закону. Другими словами, неравенство Пенроуза также можно понимать как границу энтропии — превысьте эту границу, и в пространстве-времени появятся голые сингулярности.
По логическим причинам не было очевидно, что все известные квантовые черные дыры удовлетворяют одному и тому же универсальному неравенству, но мы показали, что это так.
Наш результат не является доказательством квантового неравенства Пенроуза. Но то, что такой результат справедлив в квантовой области так же, как и классический, усиливает его.
Хотя пространство и время могут заканчиваться в сингулярностях, квантовая механика скрывает от нас эту судьбу.
Эндрю Свеско, научный сотрудник кафедры теоретической физики, Королевский колледж Лондона; Антония Микол Фрассино, научный сотрудник Высшей международной школы аванзати; Хуан Ф. Педраса, научный сотрудник Теоретико-физического института UAM/CSIC, Автономный университет Мадрида, и Роби Хеннигар, научный сотрудник Уиллмора по математической физике, Даремский университет
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
