RW Space

Что находится за горизонтом событий черной дыры, остается загадкой.

Это граница, обозначающая расстояние, на котором свет больше не может покинуть черную дыру, что заставляет нас искать ответы о том, как на самом деле выглядит черная дыра, не имея возможности заглянуть внутрь.

Для простоты в учебниках сингулярность, скрытая за горизонтом событий, обычно описывается как нульмерная точка бесконечной плотности.

Согласно новой статье, которая будет опубликована в Physical Review D, это упрощение, возможно, зашло слишком далеко.

Вместо этого физики-теоретики Эндрю Дж. С. Гамильтон из Университета Колорадо в Боулдере и Тайлер МакМакен из Университета Мэри утверждают, что сингулярность лучше понимать как плоскую трехмерную поверхность.

«Я шучу своим студентам, что черные дыры всегда бросают вызов моей интуиции», — сказал Гамильтон ScienceAlert.

«Да, это был сюрприз. В то же время, это имело смысл в плоском виде сингулярности Шварцшильда.»

Внутри черной дыры пространство падает быстрее света к сингулярности. К 1930-м годам физики стали представлять эту сингулярность как точку.

Затем, в 1960-е годы, картина начала меняться. В черной дыре Керра, которая вращается, физики обнаружили, что движение падения к сингулярности замедляется центробежным отталкиванием, в результате чего сингулярность становится не точкой, а кольцом.

Для черной дыры Шварцшильда, которая не вращается, сингулярность остается точкой. Ее легко нарисовать, легко научить и относительно легко понять, поэтому модель сохранилась.

Однако даже несколько десятилетий назад у Гамильтона появилось неприятное подозрение, что эта точка плохо отражает физику черных дыр Шварцшильда.

«Квантовая гравитация — это центральный вопрос теоретической физики, и сингулярные поверхности черных дыр — это то место, где в нашей Вселенной возникает квантовая гравитация». – физик-теоретик Эндрю Дж. С. Гамильтон

Это был 1998 год, и любопытство студентов Гамильтона на вводном уроке астрономии побудило его построить общерелятивистскую визуализацию того, каково это — упасть в черную дыру.

То, что получилось, было… поверхностью.

«Я сообщил о том, что видел, но не пытался это объяснить, потому что не понимал этого», — сказал он.

«Факты показывают, что да, мы колебались. Путь к пониманию занял десятилетия».

Ответ, как понял Гамильтон, заключался в том, чтобы проследить за двумя наблюдателями, павшими в одну и ту же черную дыру с противоположных направлений.

Вопрос был прост: где они окажутся?

Если бы сингулярность была точкой, оба наблюдателя в конечном итоге должны были бы оказаться в одном и том же месте.

Но согласно общей теории относительности, как показывают Гамильтон и МакМакен, этого никогда не произойдет.

Когда наблюдатели падают, черный цвет искривленное пространство-время дыры не позволяет свету – или любому другому сигналу – перемещаться между ними. Они становятся постоянно причинно разъединенными, то есть ни один из них не может влиять или даже знать о последних моментах другого.

Гамильтон и МакМакен утверждают, что, если наблюдатели больше не могут обмениваться информацией до достижения сингулярности, они не могут в конечном итоге сойтись в одном и том же пространственно-временном событии.

Противоречие исчезает, если сингулярность представляет собой трехмерную пространственноподобную поверхность, которой каждый наблюдатель достигает в другом месте.

Или, как выразился Гамильтон в 2010 году: «»Синггулярность» — это не точка. Скорее, это трехмерная пространственная граница, где общая теория относительности совершает самоубийство».

Эта работа применима не только к черным дырам Шварцшильда. Кольцевые особенности черных дыр Керра долгое время считались фундаментально отличными от точек Шварцшильда, но, возможно, они не так уж и отличаются.

Вместо этого авторы утверждают, что реалистичная черная дыра Керра коллапсировала бы в пространственноподобную сингулярную поверхность на своем внутреннем горизонте, делая ее сингулярность более похожей на сингулярность черной дыры Шварцшильда, чем предполагает знакомая картинка из учебника.

Это означает, что работа может изменить представление физиков о сингулярностях от базовых

Если сингулярность Шварцшильда — это поверхность, а не точка, это меняет математическую обстановку, в которой общая теория относительности терпит крах — и, следовательно, отправную точку для любой будущей теории квантовой гравитации.

«Квантовая гравитация — это центральный вопрос теоретической физики, а сингулярные поверхности черных дыр — это то место, где в нашей Вселенной происходит квантовая гравитация», — объяснил Гамильтон.

«Большая часть литературы Вопрос о квантовой гравитации абстрактен и не связан с реальностью. Нам бы хотелось, чтобы сообщество развивалось в более реалистичных направлениях».

По теме: Радикальная теория утверждает, что черные дыры могут извергать материю и время, как белые дыры

Квантовая гравитация — это долгожданная теория, которая объединит общую теорию относительности Эйнштейна, описывающую гравитацию в космических масштабах, с квантовой механикой, управляющей квантовым миром на атомном и субатомном уровне. масштабах.

Обе теории работают необычайно хорошо сами по себе, но они становятся математически несовместимыми в экстремальных условиях внутри черной дыры.

«Высокая цель современной теоретической физики – это жизнеспособная теория квантовой гравитации. Ее пока нет», – сказал Гамильтон.

«Мы надеемся, что сможем добиться прогресса, исследуя места, где вот-вот произойдет квантовая гравитация».

Исследование принято к публикации в Physical Review D.