Черные дыры настолько хорошо справляются со своей задачей, что даже свет не может вырваться из силков их притяжения. Но почему же тогда черные дыры не расширяются бесконечно, заглатывая всю Вселенную? Один из лучших современных физиков предложил новое объяснение.
Кстати, его идея заодно и объединяет две крупнейшие теории физики.
Речь идет о Леонарде Сасскинде, физике-теоретике из Стэнфордского университета, одном из отцов теории струн.
Недавно он опубликовал серию статей, подкинув свои пять копеек в объяснение парадокса. Если кратко, он предположил, что черные дыры расширяются, увеличивая сложность внутрь, — и мы просто не способны издалека разглядеть эту особенность.
В общем, они расширяются внутрь, говорит Сасскинд, а не наружу.
Эта гипотеза может помочь нам объяснить и расширение нашей Вселенной, которая тоже, вроде как, растет крайне парадоксально.
Вот, как комментирует это сам Сасскинд:
Я думаю, это очень-очень интересный вопрос, связан ли космологический рост космоса с ростом какого-то вида сложности. И связаны ли космические часы, эволюция вселенной, с эволюцией сложности. На это я не знаю ответ.
Может, вопрос об эволюции Вселенной остается пока что спекуляцией, но вот гипотеза о черных дырах достойна внимания.
Уточню, что по своей сути такие исследования являются теоретическими.
Если понятия черной дыры, Общей теории относительности и квантовой механики вам знакомы, смело перематывайте до следующего заголовка.
Начнем с основ
Для непосвященных: черные дыры — это плотные массы, которые настолько сильно искривляют пространство, что даже свету (читай: информации) не хватает скорости, чтобы вырваться.
Первые твердые теоретические обоснования существования таких объектов возникли из математических выкладок Общей теории относительности Эйнштейна в 1915 году. С тех пор прошло больше века, и за это время в ходе наблюдений за космосом мы нашли немало объектов, подходящих под описание.
Обычно предлагают представить измерения пространства и времени как гладкую резиновую поверхность. Чем больше масса объекта, тем сильнее он продавливает резиновую поверхность, масса искривляет геометрию пространства-времени.
Особенность этой резиновой поверхности в том, что она может очень сильно растягиваться вниз, формируя глубокую гравитационную воронку, но при этом не сильно растягивается в стороны.
Если объекту добавить материи, он обычно расширяется в стороны, а не во внутрь. Как же это представить? Ну, резиновая поверхность в этом случае не поможет.
Чтобы понять, как в таких декорациях ведет себя материя, нам нужно обратиться к другой теории. К счастью, у физиков есть еще одна книга правил “Как работает Вселенная?” — квантовая механика, которая описывает взаимодействие частиц и их сил.
Противостояние квантовой механики и общей теории относительности
ОТО и КМ не всегда соглашаются друг с другом. На маленьких масштабах проблемы возникают у ОТО, на больших — у КМ.
Не хватает какого-то связующего звена, которое бы позволило нам объяснить искривляющую пространство характеристику ОТО в терминах конечных масс и квантов.
Один из претендентов — идея AdS/CFT-соответствия (anti-de Sitter / conformal field theory correspondence). Ее можно описать как “теория струн в четырехмерном пространстве”; она стремится объединить лучшее из ОТО и КМ.
В рамках этой идеи квантовая сложность черной дыры — количество шагов, которые необходимо совершить, чтобы вернуть дыру в первоначальное состояние (в состояние до дыры),— отражена в ее объеме. Тот же ход мыслей лежит в основе голографического принципа.
Конкретные детали не каждому окажутся по зубам, но если вам очень хочется получить недельную дозу математики — добро пожаловать на сайт arXiv.org.
Как бы странно это ни звучало, но в необычных условиях черной дыры, увеличение информации действительно может выливаться в увеличение внутреннего объема. По крайней мере, так предполагает моделирование AdS/CFT-соответствия в работе Сасскинда.
Теория струн остается одной из тех идей, которые так и просят об эмпирическом подтверждении, так что мы пока очень далеки от объединения КМ и ОТО.
Предположение Сасскинда о том, что квантовая сложность определяет объем черной дыры, заставит физиков задуматься о влиянии такой идеи на другие аспекты. Все-таки черные дыры — не такие уж обычным объекты, чтобы применять к ним стандартные правила.
