Почему черные дыры не поглотили все пространство? Объяснение поразительно

Черные дыры отлично поглощают материю. Учитывая их талант к потреблению, почему бы черным дырам просто не продолжать расширяться и расширяться и просто не поглотить Вселенную? В 2018 году один из ведущих физиков мира предложил поразительное объяснение.

Удобно, что идея могла также объединить две самые большие теории во всей физике.

Автором этого объяснения является не кто иной, как физик из Стэнфордского университета Леонард Сасскинд, также известный как один из основателей теории струн.

Он предложил объяснение в серии статей, предполагая, что черные дыры расширяются за счет увеличения внутренней сложности — особенность, которую мы просто не видим, наблюдая издалека.

Другими словами, они расширяются внутрь, а не наружу.

Что еще более странно, эта гипотеза может иметь параллель с расширением нашей собственной Вселенной, которая также, кажется, растет противоречивым образом.

«Я думаю, что это очень и очень интересный вопрос, связан ли космологический рост космоса с ростом какой-то сложности», — цитирует Сасскинда The Atlantic.

«И связаны ли космические часы, эволюция Вселенной с эволюцией сложности. Я не знаю ответа».

Конечно, по самой своей природе этот тип исследования является теоретическим, и его нелегко проверить или опровергнуть в процессе экспертной оценки.

Проще говоря, черные дыры — это плотные массы, которые искажают пространство до такой степени, что даже свету (читай: информации) не хватает скорости, необходимой для выхода.

Первые твердые теоретические основы для такого объекта возникли естественным образом из математики, лежащей в основе общей теории относительности Эйнштейна, еще в 1915 году. С тех пор были обнаружены физические объекты, соответствующие этим предсказаниям, часто находящиеся в центрах галактик.

Распространенная аналогия — представить себе размеры пространства и времени в виде гладкого листа резины. Подобно тому, как тяжелый объект оставляет вмятины на резиновом листе, масса искажает геометрию пространства-времени.

Свойства резинового листа нашей Вселенной означают, что он может образовывать глубокую гравитационную воронку, которая тянется «вниз», не растягиваясь намного дальше «наружу».

Большинство объектов расширяются «наружу», когда вы добавляете материал, а не «внутрь». Итак, как мы вообще можем это представить? Резиновые листы — полезные аналогии, но только до определенного момента.

Чтобы понять, как материя ведет себя на этом сверхэластичном фоне, нам нужно поискать в другом месте. К счастью, у физики есть вторая книга правил о том, как работает Вселенная, называемая квантовой механикой, которая описывает, как взаимодействуют частицы и их силы.

Однако правила общей теории относительности и квантовой механики не всегда совпадают. Микрообъекты, интерпретируемые через призму общей теории относительности, не имеют большого смысла. А большие объекты, такие как черные дыры, порождают чушь, когда применяются правила квантовой механики.

Это означает, что нам не хватает чего-то важного — чего-то, что позволило бы нам интерпретировать свойство изгиба пространства общей теории относительности в терминах конечных масс и частиц-посредников.

Один из претендентов — это то, что называется соответствием анти-де Ситтера  конформной теории поля, сокращенно Ads / CFT. Это своего рода идея «теория струн и четырехмерное пространство», цель которой объединить лучшее из квантовой механики и общей теории относительности.

Исходя из структуры, квантовая сложность черной дыры — количество шагов, необходимых для возврата ее в состояние, предшествующее черной дыре, — отражается в ее объеме.

То же самое мышление лежит в основе другой потрясающей идеи, называемой голографическим принципом. Точные детали не для слабонервных, они остаются в свободном доступе на arXiv.

Как бы нелепо это ни звучало, в экстремальных условиях черной дыры большая вычислительная мощность действительно может означать больший внутренний объем. По крайней мере, это то, что предлагает моделирование Сасскинда Ads / CFT.

Сама теория струн — одна из тех хороших идей, которые требуют эмпирической победы, поэтому мы все еще далеки от объединения квантовой механики и общей теории относительности.

Предположение Сасскинда о том, что квантовая сложность в конечном итоге отвечает за объем черной дыры, заставило физиков задуматься над последствиями. В конце концов, черные дыры не похожи на обычное пространство, поэтому мы не можем ожидать применения обычных правил.

Изначально статьи были доступны на сервере препринтов arXiv, а в 2020 году были опубликованы в виде книги.