Физики считают, что наконец-то разгадали знаменитый парадокс Стивена Хокинга о черной дыре

В сердце каждой черной дыры сидит проблема. Уходя в небытие с течением веков, они забирают с собой маленький кусочек Вселенной. Что, откровенно говоря, просто не предусмотрено правилами.

Это парадокс, который оставил нам покойный Стивен Хокинг в своей революционной работе об этих чудовищных объектах, вдохновив исследователей на поиски потенциальных решений на протяжении большей части полувека.

Где-то между двумя величайшими теориями, когда-либо построенными в физике, есть крошечный, но существенный недостаток. Нахождение решения позволило бы нам либо смоделировать общую относительность как систему, подобную частицам, либо постичь квантовую физику на свертывающемся фоне пространства и времени. Если не сочетание того и другого.

Одна из недавних попыток создания новой теории, предпринятая физиками из Великобритании, США и Италии, безусловно, вызвала определенный интерес в средствах массовой информации, хотя пройдет некоторое время, прежде чем мы узнаем, так или иначе, является ли она решением, которое мы так отчаянно ищем.

С математической точки зрения это умный новый поворот к идее, которая уже давно муссировалась - идее о том, что черные дыры являются своего рода "волосатыми".

Чтобы понять, почему "волосатая" черная дыра может быть полезной в плане парадоксов, важно знать, почему парадокс существует.

Черные дыры - это массы материи, упакованные так плотно, что их гравитация сжимает пространство и время до такой степени, что ничто не может набрать скорость, необходимую для побега.

В обычном случае это не было бы большой проблемой. Но около полувека назад Хокинг пришел к пониманию того, что черные дыры должны "светиться" довольно уникальным образом. Их искривление Вселенной изменит волнообразную природу окружающих квантовых полей так, что возникнет форма теплового излучения.

Чтобы уравновесить математику, это означает, что черные дыры будут постепенно излучать энергию, сжиматься с ускорением и в конце концов исчезнут.

Обычно информация, которая попадает в излучающий объект, такой как звезда, представлена в беспорядочном спектре цветов, которые выстреливают с ее поверхности. Или остается в ее холодной, плотной оболочке после смерти.

Это не так для черных дыр. Если теория излучения Хокинга верна, то все это просто исчезнет. Это ставит под угрозу большое правило квантовой физики, которое гласит, что информация, которая делает частицу частицей, сохраняется во Вселенной от момента к моменту.

Значительную часть дебатов о природе информационного банка черной дыры составляет вопрос о том, в какой степени характеристики и поведение ее содержимого продолжают влиять на окружающую среду даже после того, как она перескользнула через край.

Существуют решения для черных дыр в общей теории относительности, которые признают, что их масса, угловой момент и заряд все еще оказывают давление и притяжение на их локальное окружение. Любые оставшиеся связи со Вселенной описываются как волосы, а теории, предполагающие их сохранение, называются "теоремами о волосах".

Наличие небольшой пушистости дало бы черным дырам возможность сохранить квантовую информацию во Вселенной, даже если со временем она исчезнет.

Поэтому теоретики были заняты поиском способов заставить законы, по которым пространство и время искривляются, согласоваться с законами, по которым частицы обмениваются информацией.

Новое решение применяет квантовое мышление к гравитации в форме теоретических частиц, называемых гравитонами. Это не настоящие частицы, такие как электроны и кварки, поскольку никто еще не видел их во плоти. Возможно, их вообще не существует.

Но это не значит, что мы не можем выяснить, как они могли бы выглядеть, если бы существовали, или рассмотреть возможные квантовые состояния, в которых они могут функционировать.

Через серию логических шагов от того, как гравитоны могли бы потенциально вести себя при определенных энергетических условиях, команда демонстрирует разумную модель того, как информация внутри черной дыры может оставаться связанной с окружающим пространством через линию невозврата - как небольшие возмущения гравитационного поля черной дыры (волоски).

Как теория, это интересная теория, основанная на прочном фундаменте. Но нам предстоит пройти еще долгий путь, прежде чем мы сможем поставить штамп "решено" на этом парадоксе. 

В целом, есть два пути развития науки. Один из них - увидеть что-то странное и попытаться объяснить это. Другой - догадаться о чем-то странном, а затем попытаться это найти.

Наличие такой теоретической карты бесценно на нашем пути к решению одного из самых загадочных парадоксов физики.

Это исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.