Как рождаются чёрные дыры?
Чёрные дыры возникают из огромных звёзд, известных как красные гиганты. Они в разы тяжелее нашего Солнца, но полностью выгорают всего за небольшой отрезок их жизни. Гравитационная сила такой звезды заставляет температуру подниматься выше миллиарда градусов. Гелий и углерод переплавляются в более тяжёлые элементы, а затем звезда сжимается и взрывается под тяжестью своей огромной гравитации, распространяя вокруг себя ударную волну.
Происходит взрыв со вспышкой сверхновой звезды. На её месте остаётся плотное ядро из субатомных частиц — нейтронная звезда либо чёрная дыра, диаметром всего несколько километров. Но его плотность настолько огромна, что чайная ложка, сделанная из такого материала, будет весить около миллиарда тонн. Гравитационное притяжение вырастет до таких пределов, что уже ничто не сможет вырваться оттуда.
Последние достижения
В 2014, Крис Адами утверждал, что анализ с использованием квантовый канал теория заставляет исчезнуть любой кажущийся парадокс; Адами отвергает проведенный Сасскиндом анализ дополнительности черных дыр, утверждая вместо этого, что ни одна космическая поверхность не содержит дублированных квантовая информация.
В 2015 году Модак, Ортис, Пенья и Сударский утверждали, что парадокс можно устранить, обратившись к фундаментальным вопросам квантовой теории, которые часто называют проблема измерения квантовой механики. Эта работа была построена на более раннем предложении Окон и Сударского о преимуществах объективная теория коллапса в гораздо более широком контексте. Первоначальной мотивацией этих исследований было давнее предложение Роджер Пенроуз где говорят, что коллапс волновой функции неизбежен в присутствии черных дыр (и даже под действием гравитационного поля). Экспериментальная проверка теорий коллапса — постоянная работа.
В 2016 году Хокинг и другие. предложил новые теории движения информации в черную дыру и из нее. В работе 2016 года утверждается, что информация сохраняется в «мягких частицах», низкоэнергетических версиях фотонов и других частицах, которые существуют в пустом пространстве с нулевой энергией.
Значительный прогресс был достигнут в 2019 году, когда Пенингтон и другие. открыл класс полуклассической геометрии пространства-времени, на которую не обращали внимания Хокинг и последующие исследователи. Расчет Хокинга, по-видимому, показывает, что излучение Хокинга энтропия увеличивается на протяжении всей жизни черной дыры. Однако, если черная дыра образовалась из известного состояния (нулевая энтропия), энтропия излучения Хокинга должна уменьшиться до нуля, как только черная дыра полностью испарится. Penington и другие. вычислить энтропию, используя трюк с репликой, и показать, что для достаточно старых черных дыр необходимо рассматривать решения, в которых реплики соединены червоточины. Включение этой геометрии червоточины предотвращает неограниченное увеличение энтропии.
Этот результат, кажется, разрешает информационный парадокс, по крайней мере, в простых теориях гравитации, которые они рассматривают. Хотя реплики не имеют прямого физического значения, внешний вид червоточин переносится на физическое описание системы. В частности, для достаточно старых черных дыр можно выполнять операции с излучением Хокинга, влияющие на внутреннюю часть черной дыры. Этот результат имеет значение для связанных парадокс межсетевого экрана, и напоминает предложенный ER = EPR разрешающая способность.
Примечания и ссылки
- Помимо приливных эффектов , которыми можно пренебречь, если тело пунктуально, как в случае с основной информацией.
- Стивен Хокинг Потеря информации в черных дырах , в The Geometric Universe Oxford University Press, 1998, стр. 125
- ↑ и Стивен Б. Гиддингс (1995). «Информационный парадокс черной дыры» на семинаре Джонса Хопкинса по текущим проблемам теории элементарных частиц 19 и на междисциплинарном симпозиуме 5 PASCOS « Частицы, струны и космология» .
- ↑ и Джон Прескилл (1992). «Уничтожают ли черные дыры информацию?» В Международном симпозиуме по черным дырам, мембранам, червоточинам и суперструнам .
- Стивен Гиддингс , « Черные дыры и массивные остатки », Physical Review D , Phys Rev D, vol. 46,1992 г., стр. 1347–1352 ( DOI , Bibcode , arXiv )
- Хрвое Николич , « Гравитационный кристалл внутри черной дыры », Modern Physics Letters A , Mod Phys. Lett A, vol. 30,2015 г., стр. 1550201 ( DOI , Bibcode , arXiv )
- Никодем Й. Поплавский, « Космология с кручением: альтернатива космической инфляции », Physics Letters B , vol. 694, п о 3,2010 г., стр. 181–185 ( DOI , Bibcode , arXiv )
- Джеймс Б. Хартл , « Обобщенная квантовая теория в испаряющемся пространстве-времени черной дыры », Черные дыры и релятивистские звезды ,1998 г., стр. 195 ( Bibcode , arXiv )
- Хрвое Николич , « Разрешение информационного парадокса черной дыры путем рассмотрения времени наравне с пространством », Physics Letters B , Phys. Lett., Vol. 678, п о 22009 г., стр. 218–221 ( DOI , Bibcode , arXiv )
|
Черная дыра |
|
|---|---|
| Тип |
|
| Измерение |
|
| Обучение |
|
| Имущество |
|
| Модель |
|
| Проблемы |
|
| Метрическая |
|
| Наблюдение |
|
| Листинг |
|
| Другой |
|
|
Стивен Хокинг |
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Физический | Излучение Хокинга · Термодинамика черных дыр · Подход Гиббонса — Хокинга (en) · Эффект Гиббонса — Хокинга (en) · Пространство Гиббонса — Хокинга (en) · Термин Гиббонса — Хокинга — Йорка (en) · Модель Хартла-Хокинга | ||||||
| Книги |
|
||||||
| Кино | Краткая история времени (1991) · Хокинг (2004) · Хокинг (in) (2013) · Теория всего (2014) | ||||||
| Телевидение | Вселенная Стивена Хокинга (en) (документальный фильм1997 года) · Стивен Хокинг: Мастер Вселенной (en) (документальный фильм2008 года) · Во Вселенную со Стивеном Хокингом (en) (серия2010 года) · О дивный новый мир со Стивеном Хокингом (en) ( 2011серия) | ||||||
| Семья | Джейн Уайлд Хокинг (первая жена) · Люси Хокинг (девочка) | ||||||
| Другой | В массовой культуре (in) · Информационный парадокс · Бет Торн-Хокинг-Прескилл (en) |
Информационный парадокс черных дыр
Вы наверняка слышали, что черные дыры уничтожают информацию, которая в них попадает. Почему это является такой огромной проблемой для физики, что ученые всеми силами пытаются избавиться от этой нелепой и нелогичной формулировки? Что ж, мир стал довольно сложным. В моем детстве все было проще. Трава была зеленее, газировка вкуснее, а черные дыры были черными. То есть черные дыры сжимали материю и энергию в бесконечно плотные сингулярности, не создавая непреодолимых парадоксов. Это были хорошие дни.
Но им пришел конец. Сегодня черные дыры вмещают все пятьдесят оттенков серого, изгибая законы физики один за другим. Что же такое информационный парадокс черной дыры?
Для начала давайте поговорим об информации. Когда физики говорят «Информация», они имеют в виду конкретное состояние каждой частицы во вселенной: масса, положение, спин, температура и т. д. отпечаток пальца, который уникальным образом идентифицирует каждого, и вероятность того, что эти частицы собираются делать во вселенной. Вы можете взять атомы, раздавить их или сжать вместе, но квантово — волновая функция, которая их описывает, всегда будет сохраняться.
Квантовая физика позволяет вам запускать всю вселенную вперед и назад до тех пор, пока вы обращаете все в своей математике: заряд, четность и время
Это важно. Светлые умы говорят нам, что информация должна жить, несмотря ни на что
Представьте ее в виде энергии. Вы не можете уничтожить энергию: только преобразовать.
Что такое черная дыра? Она образуется, когда крупнейшая звезда с массой в 20 раз превышающей солнечную жестоко коллапсирует и взрывается. Ее плотность материи чрезвычайно высока, скорость убегания превышает скорость света. Особо прикольные имеют перегретый диск аккреции с материей, которая кружится вокруг горизонта событий черной дыры, за пределы которого свет уже не может вырваться никак.
И тут у нас появляется один из самых странных побочных эффектов относительности: замедление времени. Представьте себе часы, падающие в направлении черной дыры, которые засасывает гравитационный колодец. Время будет идти медленнее по мере приближения к черной дыре, пока наконец не замерзнет на краю горизонта событий. Фотоны от часов вытянутся, и цвет часов пройдет через красное смещение. В конце концов, он исчезнет, поскольку фотоны вытянутся за пределы того, что могут обнаружить наши глаза.
Лишь в том случае, если бы вы смотрели на черную дыру миллиарды лет, вы увидели бы все, что она собрала, что застряло внутри, как на липучке. Вы нашли бы и часы, и «Титаник», и теоретически смогли бы определить квантовое состояние каждой отдельной частицы и фотона, который попал в черную дыру. Поскольку потребуется практически бесконечное количество времени, чтобы все испарилось совершенно, все в порядке.
Информация навсегда на поверхности черной дыры сохраняется. Все, что туда попало, определенно погибло, но их информация, их драгоценная квантовая информация, в полном порядке.
В 1975 году Стивен хокинг сбросил на черные дыры бомбу. Он осознал, что у черных дыр есть температура, и с течением огромного периода времени они совершенно испарятся, выпустив массу и энергию обратно во вселенную. Этот процесс был обозначен как излучение хокинга.
Но эта же идея парадокс породила. Информация о том, что попало в черную дыру сохраняется замедлением времени, но сама масса черной дыры испаряется. В конце концов, она совершенно исчезнет, и тогда куда денется информация? Та информация, которая не может быть уничтожена?
Астрономы в шоке. Десятками лет они работают, пытаясь решить этот вопрос. Есть небольшой набор вариантов:
Черные дыры не испаряются вовсе, хокинг ошибся.
Информация в черной дыре каким-то образом утекает вместе с излучением хокинга.
Черная дыра удерживает ее до самого конца, и когда испаряются две последних частицы, вся информация внезапно высвобождается во вселенную.
Информация сжимается в микроскопическое пространство, которое остается после испарения черной дыры.
Черная дыра.
Возможно, физики никогда не смогут выяснить это. Недавно хокинг выдвинул новую идею, которая могла бы разрешить информационный парадокс черной дыры. Он предположил, что есть некий способ, которым излучение хокинга могло бы уносить в себе информацию о новой материи, падающей в черную дыру.
Таким образом, информация обо всем, что падает, сохраняется уходящим излучением, возвращается во вселенную и разрешает парадокс. Но это догадка, поскольку и само излучение хокинга никто не обнаружил. Возможно, мы через много десятков лет узнаем не только то, в правильном направлении мы движемся или нет, но и собственно решение парадокса.
В ситуациях вроде этой мы вспоминаем, как мало знаем о вселенной на самом деле.
Почему Хокинг ошибся по поводу черных дыр?
Согласно недавнему исследованию Стивена Хокинга (Stephen Hawking), создавшего настоящий переполох, некоторые издания объявили о том, что черных дыр нет. Однако, это не совсем то, что утверждал Хокинг. Впрочем уже сейчас понятно, что предположение Хокинга о черных дырах ошибочно, потому что парадокс, который он пытается доказать, уже не парадокс вовсе.
Это все сводится к известному нам парадоксу огненной стены черных дыр. Главной особенностью черной дыры является ее горизонт событий. Горизонт событий черной дыры – точка невозврата при приближении к ней. В общей теории относительности Эйнштейна, горизонт событий представляет собой пространство и время, которые настолько деформированы под воздействием силы тяжести, что их невозможно покинуть. Пересечете горизонт событий — и вы навсегда в ловушке.
Это односторонняя природа горизонта событий уже давняя проблема для понимания гравитационной физики. Например, горизонт событий черной дыры, казалось бы, нарушает законы термодинамики. Один из принципов термодинамики гласит о том, что ничто не должно иметь температуру абсолютного нуля. Даже очень холодные вещи излучают немного тепла, но если черная дыра поглощает свет, то она не выделяет никакого тепла. Таким образом, температура черной дыры равна нулю, что не возможно.
Тогда в 1974 году Стивен Хокинг показал, что черные дыры излучают свет благодаря квантовой механике. В квантовой теории есть пределы тому, что может быть известно об объекте. Например, вы не можете знать точно энергию объекта. Из-за этой неопределенности, энергия системы может колебаться спонтанно, до тех пор, пока ее средняя величина остается постоянной. Хокинг продемонстрировал, что вблизи горизонта событий черной дыры пары частиц могут появиться, когда одна частица оказывается в ловушке внутри горизонта событий (немного снижая массу черной дыры), а другая может избежать этого, в виде излучения (унося немного энергии черной дыры).
В то время как излучение Хокинга решило одну проблему с черными дырами, оно создало еще одну, известную как парадокс огненной стены. Когда квантовые частицы появляются парами, они спутаны, то есть, они связаны в квантовом смысле. Если одна частица захватывается черной дырой, а другая вырывается, тогда спутанность пары нарушается. В квантовой механике можно было бы сказать, что пара частиц появляется в чистом, первоначальном, виде, и горизонт событий, казалось бы, сломал это состояние.
В прошлом году было показано, что если излучение Хокинга в чистом виде, тогда либо оно не может излучать в направлении, требуемом термодинамикой, или это создаст огненную стену частиц высокой энергии вблизи поверхности горизонта событий. Это часто называют парадокс огненной стены, потому что согласно общей теории относительности, если оказаться вблизи горизонта событий черной дыры, ничего необычного не удастся заметить. Основная идея общей теории относительности (принцип эквивалентности) требует, чтобы, если вы свободно падаете к горизонту событий, не должно быть сильной огненной стены частиц высокой энергии. В своей работе Хокинг предложил решение этого парадокса, предположив, что черные дыры не имеют горизонты событий. Вместо этого они имеют кажущиеся горизонты, которые не требуют соответствия огненной стены и термодинамики. Поэтому заявление «черных дыр нет» популярно в прессе.
Но парадокс огненной стены возникает только при излучении Хокинга в чистом виде, и исследование Сабины Хоссенфельдер (Sabine Hossenfelder) показывает, что излучение Хокинга не в чистом виде. В своей статье, Хоссенфельдер показывает, что вместо пары спутанных частиц, излучение Хокинга связано с двумя такими парами. Одна спутанная пара попадает в ловушку черной дыры, в то время как другая убегает. Процесс похож на первоначальное предложение Хокинга, но частицы Хокинга не в чистом виде.
Таким образом, нет никакого парадокса. Черные дыры могут излучать свет таким образом, который согласуется с термодинамикой, и область вблизи горизонта событий не имеет огненной стены, как требует общая теория относительности. В итоге, предложение Хокинга является решением проблемы, которой не существует.
Информационный парадокс
Вселенная удивительна. И очень жаль, что современные города загрязнены освещением так сильно, ведь звезд в ночном небе практически не видно. Между тем, если бы каждую ночь мы видели из окна Млечный Путь, а каждый август наблюдали за потоком Персеиды не выходя из дома, мы, наверняка, задумывались о Вселенной чаще. В конце концов, самые безумные физические теории, например, о множественности миров или о том, что с помощью черных дыр можно путешествовать в этот самый Мультиверс, могут оказаться реальностью, кто знает.
Ну а пока Андрей Линде и другие ученые предполагают, что наш Большой взрыв был не единственным, усилия других направлены на изучение черных дыр, существование которых удалось доказать несколько лет назад.
Стивен Хокинг, который посвятил массу научных трудов этим космическим монстрам, полагал, что мере того, как черная дыра испускает излучение, она испаряется, в конечном итоге полностью исчезая — отсюда и так называемый информационный парадокс черной дыры. Если куча информации попадает в черную дыру, и информация не может быть уничтожена, то когда черная дыра исчезает и куда девается вся информация?
Снимок черной дыры, полученный помощью сети телескопов, расположенных на разных континентах. То, что мы видим на снимке – больше по размеру, чем вся наша Солнечная система. Масса этой черной дыры превышает солнечную в 6,5 млрд раз.
В серии прорывных работ физики-теоретики подошли мучительно близко к разрешению информационного парадокса черной дыры, который очаровывал и мучил их в течение почти 50 лет. Информация, как они теперь с уверенностью говорят, действительно ускользает из черной дыры.
Если прыгнуть в черную дыру, вы не пропадете навсегда. Частица за частицей, информация, необходимая для восстановления вашего тела, будет появляться снова. Большинство физиков давно предполагали, что так оно и будет; таков был итог теории струн – ведущего кандидата на создание единой теории всего. Но новые вычисления, хотя и вдохновленные теорией струн, сами по себе не предполагают их существования.
Новая теория
Однако физики из Калифорнийского университета в Беркли предположили, что вблизи сверхмассивных заряженных чёрных дыр заглянуть в сингулярность всё-таки можно благодаря тому, что гравитация у их краёв более слабая. А значит, их горизонт событий можно пересечь.
По словам авторов исследования, Вселенная быстро расширяется. Это означает, что энергия может распределяться равномернее, чем считалось раньше. Если предположения американских физиков верны, то в сверхмассивной чёрной дыре можно очень быстро пройти через горизонт Коши и избежать сингулярности в её центре.
«Мы видим, как сверхмассивные чёрные дыры в галактиках поглощают звёзды. Мы знаем, что если чёрные дыры очень тяжёлые, то они заглатывают звёзды целиком, а если чёрные дыры лёгкие, то они просто разрывают звёзды, и это сопровождается яркой вспышкой. Соответственно, это же верно и для любого другого объекта. Допустим, если космический корабль падает в сверхмассивную чёрную дыру, то его при пересечении горизонта приливными силами не разорвёт. В этом смысле в фильме «Интерстеллар» показывают правду», — говорит Сергей Попов.
Также по теме
Полёт к внеземным океанам: ЕКА построит аппарат для поиска воды на спутниках Юпитера
Европейское космическое агентство объявило о начале строительства прототипа аппарата JUICE, который через пять лет должен отправиться…
Олег Заславский в беседе с RT пояснил гипотезу американцев о возможности выживания в чёрной дыре. По словам эксперта, при достижении горизонта событий массивной чёрной дыры человек или любой другой объект действительно будут находиться в относительной безопасности.
«Дело в том, что если чёрная дыра массивная, то расстояние до её центра просто громадное, поэтому лучше всего оказаться на границе, где разрушительные приливные силы очень слабо влияют на оказавшийся там объект
Кроме того, наблюдателю важно избежать сингулярности в центре чёрной дыры — месте, где кривизна пространства-времени устремляется в бесконечность», — рассказал Заславский
Физик также подтвердил, что пройти через горизонт Коши в заряженных чёрных дырах теоретически возможно, и этот процесс можно сравнить с воздействием ударной волны на поверхность жидкости.
Авторы исследования отмечают, что их выводы касаются только чёрных дыр с электрическим зарядом. Однако при этом они подчёркивают, что поведение и состав этих объектов такие же, как и у существующих вращающихся чёрных дыр.
«Конечно, вряд ли вы попадёте в любую из чёрных дыр — теоретических или реальных, но приятно осознавать, что вы сможете пережить это необычное путешествие», — заключает Хинц.
Как учёные узнают о чёрных дырах
Чёрная дыра не излучает и не отражает свет подобно большинству других объектов во Вселенной. Но ученые могут фиксировать, как сильная гравитация влияет на звёзды и газ вокруг чёрной дыры. По поведению объектов, рядом с которыми есть чёрная дыра, собственно можно доказать её наличие.
- Звёзды вращаются вокруг центра гравитации. Если в этом месте ничего нет, значит есть вероятность, что это чёрная дыра.
- Из окружающего пространства чёрная дыра постоянно притягивает материю. Космическая пыль, газ, вещество ближайших звезд — всё это падает на неё по спирали, образуя аккреционный диск. Испытывая ускорение, частицы порождают излучение в характерном спектре. В области, откуда это излучение пришло, наверняка есть чёрная дыра.
Модель пространства вокруг чёрной дыры
Последние достижения
В 2014, Крис Адами утверждал, что анализ с использованием квантовый канал теория заставляет исчезнуть любой кажущийся парадокс; Адами отвергает проведенный Сасскиндом анализ дополнительности черных дыр, утверждая вместо этого, что ни одна космическая поверхность не содержит дублированных квантовая информация.
В 2015 году Модак, Ортис, Пенья и Сударский утверждали, что парадокс можно устранить, обратившись к фундаментальным вопросам квантовой теории, которые часто называют проблема измерения квантовой механики. Эта работа была построена на более раннем предложении Окон и Сударского о преимуществах объективная теория коллапса в гораздо более широком контексте. Первоначальной мотивацией этих исследований было давнее предложение Роджер Пенроуз где говорят, что коллапс волновой функции неизбежен в присутствии черных дыр (и даже под действием гравитационного поля). Экспериментальная проверка теорий коллапса — постоянная работа.
В 2016 году Хокинг и другие. предложил новые теории движения информации в черную дыру и из нее. В работе 2016 года утверждается, что информация сохраняется в «мягких частицах», низкоэнергетических версиях фотонов и других частицах, которые существуют в пустом пространстве с нулевой энергией.
Значительный прогресс был достигнут в 2019 году, когда Пенингтон и другие. открыл класс полуклассической геометрии пространства-времени, на которую не обращали внимания Хокинг и последующие исследователи. Расчет Хокинга, по-видимому, показывает, что излучение Хокинга энтропия увеличивается на протяжении всей жизни черной дыры. Однако, если черная дыра образовалась из известного состояния (нулевая энтропия), энтропия излучения Хокинга должна уменьшиться до нуля, как только черная дыра полностью испарится. Penington и другие. вычислить энтропию, используя трюк с репликой, и показать, что для достаточно старых черных дыр необходимо рассматривать решения, в которых реплики соединены червоточины. Включение этой геометрии червоточины предотвращает неограниченное увеличение энтропии.
Этот результат, кажется, разрешает информационный парадокс, по крайней мере, в простых теориях гравитации, которые они рассматривают. Хотя реплики не имеют прямого физического значения, внешний вид червоточин переносится на физическое описание системы. В частности, для достаточно старых черных дыр можно выполнять операции с излучением Хокинга, влияющие на внутреннюю часть черной дыры. Этот результат имеет значение для связанных парадокс межсетевого экрана, и напоминает предложенный ER = EPR разрешающая способность.
Недавние улучшения
В 2014 году Крис Адами утверждал, что анализ с использованием теории квантовых каналов приводит к исчезновению любого кажущегося парадокса; Адами отвергает проведенный Сасскиндом анализ дополнительности черных дыр, утверждая вместо этого, что никакая космическая поверхность не содержит дублированной квантовой информации .
В 2015 году Модак, Ортис, Пенья и Сударски утверждали, что парадокс можно устранить, обратившись к фундаментальным вопросам квантовой теории, которые часто называют проблемой измерения квантовой механики. Эта работа была основана на более раннем предложении Окон и Сударского о преимуществах объективной теории коллапса в гораздо более широком контексте. Первоначальной мотивацией этих исследований было давнее предложение Роджера Пенроуза, согласно которому коллапс волновой функции, как утверждается, неизбежен в присутствии черных дыр (и даже под влиянием гравитационного поля). Экспериментальная проверка теорий коллапса продолжается.
В 2016 году Хокинг и др. предложил новые теории информации, входящей и исходящей из черной дыры. В работе 2016 года утверждается, что информация сохраняется в «мягких частицах», низкоэнергетических версиях фотонов и других частицах, которые существуют в пустом пространстве с нулевой энергией.
Значительный прогресс был достигнут в 2019 году, когда Penington et al. открыл класс полуклассической геометрии пространства-времени, на которую не обращали внимания Хокинг и последующие исследователи. Расчет Хокинга, по-видимому, показывает, что энтропия излучения Хокинга увеличивается на протяжении всей жизни черной дыры. Однако, если черная дыра образовалась из известного состояния (нулевая энтропия), энтропия излучения Хокинга должна уменьшиться до нуля после полного испарения черной дыры. Penington et al. вычислить энтропию, используя трюк с репликами , и показать, что для достаточно старых черных дыр необходимо рассмотреть решения, в которых реплики соединены червоточинами . Включение этой геометрии червоточины предотвращает неограниченное увеличение энтропии.
Этот результат, кажется, разрешает информационный парадокс, по крайней мере, в простых теориях гравитации, которые они рассматривают. Хотя реплики не имеют прямого физического значения, внешний вид червоточин переносится на физическое описание системы. В частности, для достаточно старых черных дыр можно выполнять операции с излучением Хокинга, влияющие на внутреннюю часть черной дыры. Этот результат имеет значение для связанного парадокса межсетевого экрана и напоминает предложенное разрешение ER = EPR .
Теория струн как попытка решить информационный парадокс
Дело в том, что сейчас теоретики пытаются “примерить” на чёрные дыры (и все теоретические неувязки, связанные с ними) популярную теорию струн.
New Scientist пишет, что теория струн сейчас – это лучшая попытка объединить общую теорию относительности и квантовую механику, поскольку сами струны несут в себе гравитационную силу, а их вибрация является случайной, как и предсказывает квантовая механика.
В середине девяностых Эндрю Стромингер и Камран Вафа из гарвардского университета решили подойти к проблеме информационного парадокса путём определения, как чёрная дыра может быть устроена изнутри.
Выяснилось, что теория струн дозволяет выстраивание исключительно плотных и мелкомасштабных структур из самих струн и других описываемых теорией объектов, часть из которых имеют более трёх измерений. И эти структуры вели себя как раз как чёрные дыры: их гравитационная тяга не выпускает наружу свет.
Количество способов организации струн внутри чёрных дыр, – просто огромно. И, что особо интересно, эта величина полностью совпадает с величиной энтропии чёрной дыры, которую Хокинг и его коллега Бекенштейн рассчитали ещё в семидесятые годы.
Однако определение количества возможных вариантов сочетания струн – это ещё не всё. В прошлом году команда Самира Матура из Университета штата Огайо взялась за прояснение вопроса возможного расположения струн внутри чёрной дыры. Выяснилось, что почти всегда струны соединяются так, что образуют единую – большую и очень гибкую – струну, но куда большего размера, нежели точечная сингулярность.
Группа Матура вычислила физические размеры нескольких “струнных” чёрных дыр, (которые участники группы предпочитают называть fuzzballs – “пуховыми шариками”, или stringy stars – “струнными звёздами”). И с удивлением обнаружили, что размеры этих струнных образований совпадали с размерами “горизонта событий” в традиционной теории.
В связи с этим Матур предположил, что т.н. “горизонт событий” на самом деле представляет собой “пенящуюся массу струн”, а не жёстко очерченную границу.
И что чёрная дыра на самом деле не уничтожает информацию по той причине, например, что никакой сингулярности в чёрных дырах просто нет. Масса струн распределяется по всему объёму до горизонта событий, и информация может храниться в струнах и отпечатываться на исходящем излучении Хокинга (а следовательно выходить за порог событий).
Впрочем, и Вафа, и Матур признают, что эта картина носит весьма предварительный характер. Матуру ещё предстоит проверить, как его модель подходит к крупным чёрным дырам, или понять, как чёрные дыры эволюционируют.
Ещё один вариант предложен Гэри Горовицем из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре и Хуаном Малдасеной из принстоновского Института передовых исследований. По мнению этих исследователей, сингулярность в центре чёрной дыры всё-таки существует, однако информация в неё просто не попадает: материя уходит в сингулярность, а информация – путём квантовой телепортации – отпечатывается на излучении Хокинга.
Иногие физики оспаривают данную точку зрения, отвергая возможность мгновенного перехода информации.
В любом случае, всё это лишь теоретические выкладки, и ничего более.
Схематичное изображение того, что представляет собой излучение Хокинга
Использованы материалы сайта http://dark-universe.ru/
Горизонт событий
Черные дыры имеют три «слоя» – внешний, горизонт событий и сингулярность.
Горизонт событий черной дыры – это то место, где свет теряет способность к «бегству». Когда частица пересекает горизонт событий, она уже не может покинуть черную дыру. На горизонте событий гравитация постоянна.
Внутренняя область черной дыры, где содержится ее масса, известна как сингулярность. Это единственная точка в пространстве – времени, где сосредоточена масса черной дыры.
По представлениям классической механики и физики ничто не может выйти из черной дыры. Однако, когда к уравнению добавляется квантовая механика, все немного меняется. В квантовой механике для каждой частицы имеется античастица. Это частица с одинаковой массой и противоположным электрическим зарядом. Когда они встречаются, пара частица-античастица может аннигилировать.
Если пара частица-античастица создается вне досягаемости горизонта событий черной дыры, одна из частиц может упасть в черную дыру, а другая быть вытолкнута. В результате масса черной дыры уменьшается. Этот процесс называется излучением Хокинга. И черная дыра может начать распадаться, что отвергается классической механикой.
Ученые все еще работают над тем, чтобы создать уравнения, с помощью которых можно было понять, как функционируют черные дыры.
