Физики описали поведение материи внутри черных дыр

Физики из Математического института имени Стеклова РАН разработали теоретическое описание поведения материи внутри черных дыр и нашли возможный способ примирить квантовую физику и теорию гравитации. 

"Мы использовали подход, основанный на голографическом принципе. Он состоит в том, что квантовая двумерная система, которая "живет" на границе специального искривленного 3D-пространства, называемого пространством анти-де Ситтера, может быть описана внутри него классической гравитационной физикой. Таким образом, трехмерное пространство вместе со всем, что происходит внутри, играет роль голограммы, иллюстрирующей происходящее непосредственно в нашей физической системе", — заявил Михаил Храмцов из Математического института, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.

Обычные и сверхмассивные черные дыры обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы воздействия черной дыры, которая получила название "горизонт событий".

Что происходит за горизонтом событий, остается тайной и предметом споров среди физиков. Большинство ученых считают, что в принципе невозможно заглянуть внутрь черной дыры и изучить ее структуру, так как это приведет к крайне неприятным последствиям – в таком случае нельзя будет примирить между собой теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику.

Тем не менее черные дыры существуют, и их поведение нужно как-то описать. Сравнительно недавно ученые начали считать, что черные дыры на самом деле не трехмерные, а двумерные объекты — своеобразные космические "голограммы", где пространство сжимается ближе к краям и где брошенный по прямой объект возвращается к точке начала полета.

Эта теория и описывающие ее уравнения были выдвинуты в конце 1990-х годов двумя известными космологами – Хуаном Малдасеной из Принстонского университета и Герард 'т Хоофтом из университета Утрехта. Как считают некоторые ученые, подобные же принципы могут описывать и всю Вселенную в целом — иными словами, вполне возможно, что мы живем внутри плоской двумерной голограммы.

Опираясь на эти принципы, Храмцов и его коллеги попытались объяснить, почему сам факт существования черных дыр не нарушает законы термодинамики, а также описать квантовые процессы, которые отвечают за транспортировку тепла внутри них, на основе теории относительности и других классических законов физики.

Как показали расчеты, в черной дыре действительно может наблюдаться некий аналог термодинамического равновесия, как и в "нормальной" Вселенной. Проверить это, как подчеркивают ученые, можно экспериментальным путем, сталкивая частицы, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю.

Если такие частицы попадают в магнитные ловушки, то при облучении лазером они будут вести себя примерно так же, как и материя в плоских черных дырах. В частности, информация о появлении новых квантовых связей между частицами будет распространяться внутри ловушки с определенной скоростью, а отклонения от нее будут означать, что выкладки российских физиков не совсем верны.

Как отмечает Храмцов, аналогичным образом может разогреваться кварково-глюонная плазма, возникающая внутри БАК или коллайдера RHIC в Брукхевене (США), что позволяет использовать те же принципы для описания ее поведения и дальнейшего изучения. По его словам, в ближайшем будущем российские физики попытаются найти ответ на другой важный вопрос, связанный с черными дырами: теряется ли информация при прохождении материи через горизонт событий.