Черные дыры могут быть гигантским "клубком струн"

Черные дыры окружает не "стена огня", перемалывающая и уничтожающая всю падающую на нее материю, а своеобразный клубок из объектов, чье поведение описывается теорией струн. К такому выводу пришли физики, опубликовавшие статью в Journal of High Energy Physics.

"Что произойдет с человеком, падающим в черную дыру, теперь не понятно. Теория "стены огня" постулировала, что он сгорит еще до того, как он достигнет горизонта событий, однако наши расчеты показывают, что это не так. Что случится в тот момент, когда "астронавт" коснется этого клубка, можно предсказать только при помощи теории струн", — заявил Самир Матур (Samir Mathur) из университета штата Огайо в Коламбусе (США).

Достаточно долгое время ученые считали, что материя, проглоченная черной дырой, не способна покинуть ее пределы. Ситуация стала гораздо сложнее и противоречивее в 1975 году, когда знаменитый астрофизик Стивен Хокинг показал, что черные дыры будут постепенно "испаряться" благодаря квантовым эффектам у их горизонта событий, испуская энергию в виде излучения Хокинга.

Это стало большой проблемой для теоретиков, так как испарение черных дыр и рождение подобного излучения подразумевает то, что информация о квантовом состоянии частиц, "съедаемых" черной дырой, будет безвозвратно теряться, что не может происходить по законам современной физики.

Как рассказывает Матур, эту проблему можно разрешить, если отказаться от идеи о том, что все черные дыры похожи друг на друга как две капли воды или однояйцевые близнецы, которые отличаются лишь массой и диаметром горизонта событий.

В 2003 году он, вместе с российским физиком Олегом Луниным, предложил представить черную дыру не в виде безразмерной точки-сингулярности, а в виде своеобразного "клубка ниток" (fuzzball), который обладает ненулевым объемом и формой. Горизонт событий у этого "клубка" будет не идеальной сферой, как утверждает классическая теория черных дыр, а "пушистым" шаром, чья форма будет постоянно меняться по мере поглощения новых частиц и их испарения в форме излучения Хокинга.

Когда другие физики попытались создать строгую математическую модель черной дыры на базе расчетов Матура и Лунина, они выяснили, что ее горизонт событий будет не пушистым шаром, а сферообразной и невидимой для нас "стеной огня" – скоплением квантов высокой энергии, которые будут уничтожать любую материю, падающую на нее. Это вернуло проблему информационного парадокса, а также поставило под сомнение или теорию относительности, или же квантовую механику.

Матур и его коллеги изначально согласились с этим предположением, однако позже они усомнились в этой гипотезе, посчитав, что часть падающей материи или даже весь "обед" черной дыры будет пролетать через эту стену благодаря квантовым эффектам.

Они проверили, так ли это, создав компьютерную модель подобной сингулярности, на которую они "сбрасывали" виртуальные копии электронов, имеющие примерно ту же массу, заряд и другие свойства, что и их реальные аналоги.

Как показали эти расчеты, почти все электроны будут пролетать через "стену огня", не замечая ее и не сталкиваясь с ее фотонами высокой энергии. Чем больше была масса виртуальной черной дыры и чем ближе она была по свойствам к реальным объектам такого рода, тем более выражен был этот эффект.

"Что происходит, когда частица или человек приближаются к горизонту событий? Мы предполагаем, что "клубок", образно выражаясь, растет в их сторону и поглощает их до того, как они достигнут самой горячей зоны, где рождается излучение Хокинга. Это полностью опровергает теорию "стены огня", —  заключает Матур.