В основе каждой черной дыры лежит проблема. Уходя в небытие на протяжении эонов, они уносят с собой маленький кусочек Вселенной. Чего, честно говоря, просто нет в своде правил.
Это парадокс, который покойный Стивен Хокинг оставил нам как часть своей революционной работы над этими чудовищными объектами, вдохновляя исследователей на возню с потенциальными решениями в течение большей части полувека.
Где-то между двумя величайшими теориями, когда-либо созданными в физике, есть крошечный, но существенный изъян. Поиск решения позволил бы нам либо смоделировать общую теорию относительности как систему, подобную частице, либо понять квантовую физику на фоне изменчивого пространства и времени. Если не сочетание того и другого.
Одна недавняя попытка выдвинуть новую теорию физиками из Великобритании, США и Италии, безусловно, вызвала некоторый интерес в средствах массовой информации , хотя пройдет некоторое время, прежде чем мы так или иначе узнаем, является ли это решением, которое мы так отчаянно ищем.
С математической точки зрения это умный новый поворот идеи, которую уже давно обдумывали, — идеи, согласно которой черные дыры вроде как «волосатые».
Чтобы понять, почему волосатая черная дыра может быть полезной с точки зрения парадоксов, важно для начала понять, почему существует парадокс.
Черные дыры представляют собой массы материи, упакованные так плотно, что их гравитация сжимает пространство и время до такой степени, что ничто не может набрать скорость, необходимую для побега.
Обычно это не было бы большой проблемой. Но около полувека назад Хокинг пришел к выводу, что черные дыры должны «сиять» довольно уникальным образом. Их искривление Вселенной изменило бы волнообразную природу окружающих квантовых полей, так что возникла бы форма теплового излучения.
Чтобы сбалансировать всю математику, это означает, что черные дыры будут постепенно излучать энергию, уменьшаться с ускорением и, в конце концов, исчезать.
Обычно информация, падающая на излучающий объект, такой как звезда, представляется в беспорядочном спектре цветов, исходящих от его поверхности. Или остается в своей холодной плотной оболочке после смерти.
Не так для черных дыр. Если теория излучения Хокинга верна, все это просто исчезнет. Это нарушает важное правило квантовой физики, согласно которому информация, делающая частицу частицей , сохраняется во Вселенной от момента к моменту.
Значительной частью споров о природе информационного банка черной дыры является степень, в которой характеристики и поведение ее содержимого продолжают влиять на их окружение даже после того, как они перешагнули через край.
Существуют решения для черных дыр в общей теории относительности, которые признают их массу, угловой момент и заряд, но все еще толкают и притягивают свое локальное окружение. Любые оставшиеся связи со Вселенной описываются как волосы, а теории, которые предполагают их постоянство, — как «теоремы о волосах да».
Наличие небольшого количества пуха дало бы черным дырам путь для того, чтобы их квантовая информация оставалась застрявшей во Вселенной, даже если они со временем исчезнут.
Так что теоретики были заняты поиском способов создания законов, которые определяют пространство и время, как искривляться, с законами, которые говорят частицам, как делиться своей информацией.
Это новое решение применяет квантовое мышление к гравитации в виде теоретических частиц, называемых гравитонами . Это не настоящие частицы, такие как электроны и кварки, поскольку никто еще не видел их во плоти. Их может и вовсе не быть.
Это не означает, что мы не можем понять, как они могли бы выглядеть, если бы это было так, или рассмотреть возможные квантовые состояния, в которых они могли бы действовать.
С помощью серии логических шагов от того, как гравитоны потенциально могут вести себя при определенных энергетических условиях, команда демонстрирует разумную модель того, как информация внутри черной дыры может оставаться связанной с окружающим пространством через ее линию невозврата — как небольшие возмущения. гравитационного поля черной дыры (волоски).
Как теория, это интересная теория, основанная на прочной основе. Но предстоит пройти долгий путь, прежде чем мы сможем сказать «решено» об этом парадоксе.
Вообще говоря, есть два пути развития науки. Один из них — увидеть что-то странное и попытаться объяснить это. Другой — угадать что-то странное, а затем попытаться найти это.
Такая теоретическая карта бесценна на нашем пути к решению одного из самых сложных физических парадоксов.
Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters .