Падение в чёрную дыру, кажется, сравнительно безопасно

Это, впрочем, не значит, что в случае такого развития событий с вами совсем ничего не случится, но появляется некоторая вероятность, что самые неприятные эффекты падения не неизбежны.
Общая теория относительности неплохо справляется с описанием макроскопических свойств чёрных дыр (ЧД). Однако на микроскопическом уровне она постулирует, что внутри ЧД наступает сингулярность. Из этого вытекает неприятное последствие: гравитация там должна быть бесконечно большой, а значит, такая сингулярность уничтожит любую информацию о квантовых состояниях материи, падающей в любую ЧД. А ведь одно из базовых ограничений квантовой механики в том и состоит, что информация должна сохраняться.

Таким образом, потеря информации в сингулярности внутри ЧД чревата парадоксами, указывающими на несовместимость текущего понимания ОТО с нынешней версией квантовой механики. В этом ряду особо следует выделить поднятую в 2012 году проблему огненной стены, появление которой на входе в ЧД кажется необходимым следствием свойств последней.


Чтобы попытаться гармонизировать ситуацию, Хорхе Пуйин (Jorge Pullin) из Университета штата Луизиана (США) и Родольфо Гамбини (Rodolfo Gambini), представляющий Республиканский университет Монтевидео (Уругвай), попробовали применить петлевую квантовую гравитацию по отношению к ЧД и получили предсказуемо нетривиальные результаты.

Теория петлевой квантовой гравитации утверждает, что пространство и время состоят из дискретных частей квантовой природы, размерами примерно в 10^–35 м каждая, определённым образом соединённых друг с другом так, что на малых масштабах времени и длины они создают дискретную структуру пространства, а на больших — плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время эйнштейновского типа.

Согласно вычислениям авторов, в действительности внутренняя часть ЧД не является сингулярной, и существующий математический аппарат позволяет рассматривать её как подлежащую квантованию. Соответственно, вместо бесконечного тяготения внутри ЧД есть лишь нормальный, хотя и несколько искривлённый участок пространства-времени, где могут проявляться квантовые эффекты гравитации.

Для простоты исследователи обратились в своём моделировании к сферически симметричной невращающейся «шварцшильдовской» ЧД.

На входе в неё гравитация действительно растёт, однако по мере движения «вглубь» ЧД она начинает ослабевать, как если бы вы вдруг появились на противоположной стороне ЧД и стали бы удаляться от неё.

По мнению физиков, в действительности никакого выхода «с другой стороны от ЧД» в обычном смысле слова не происходит: ЧД на самом деле поглощает то, что в неё попадает. Однако снижение гравитации всё же происходит, просто объект, провалившийся в ЧД, оказывается не в некоей сингулярности, а в другой Вселенной.

Что из этого следует, понятно: потери информации о квантовом состоянии падающей материи не происходит, поскольку она просто передаётся в иную Вселенную. Заметим, что ранее идея о том, что ЧД может быть, условно говоря, «порталом» в другую Вселенную, уже выдвигалась. Например, к ней же ведёт метрика Рейснера — Нордстрёма, в которой через ЧД соединяется бесконечное количество Вселенных, между которыми можно «перемещаться» последовательно, погружаясь в очередную ЧД.

Но в этой (ранее раскритикованной) концепции имелось одно сложное место: при переходе объекта через ЧД гравитация, теоретически, всё равно должна была его разрушать. Если решение Пуйина и Гамбини действительно соответствует реальному положению вещей, то на деле ему это не угрожает.

Это видение проблемы перекликается с выводами группы Аштекара Абэя, сделанными в 2006 году: Большой взрыв случился не из состояния сингулярности, а скорее наоборот. По расчётам, выходило, что наличествует некий «квантовый мост» между нашей Вселенной и предшествующий более пожилой Вселенной.

При всей видимой полезности выкладок Пуйина и Гамбини, уничтожающих проблему потери информации в ЧД и огненной стены на входе в неё, нельзя не заметить, что пока рано говорить о том, насколько это решение, разработанное для сферической и невращающейся ЧД, подходит к реальным чёрным дырам, которые могут быть как несферическими, так и вращающимися.


Конечно, множество физиков считают саму теорию квантовой гравитации в значительной степени неверной, вплоть до таких формулировок: «Невозможно осознанно заниматься петлевой квантовой гравитацией и быть при этом человеком хоть с какими-то моральными принципами. Если человек верит в петлевую квантовую гравитацию, то он коррумпирован, от него можно ожидать чего угодно, любой мерзости...» Ну, вы знаете, в быстро развивающихся дисциплинах, таких как физика сегодня или теология в XIII веке, так бывает: страсти накалены, летят перья и т. д.

Но не будем дезориентировать читателя! Сегодня человек, не являющийся сторонником теории струн или адептом альтернативной ей петлевой квантовой гравитации, не сможет честно сказать вам: этот подход неверен, а этот — верен. Поэтому с существенной вероятностью теория Пуйина и Гамбини верна, и если объект попал в ЧД, минуя неприятности аккреционного диска, то вместо летальной сингулярности он может столкнуться с иной Вселенной.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам NewScientist.