Нове дослідження розглянуло альтернативне пояснення чорних дір, припускаючи, що вони можуть бути зовсім не тими об’єктами, якими ми їх вважали.
Чорні діри — це джерела потужної гравітації, загадкові «бульбашки» і справжня головоломка для вчених. Вони були передбачені загальною теорією відносності Ейнштейна і мають зовнішню область, відому як горизонт подій, за межі якої навіть світло не може втекти. Окрім цього, вони, як вважається, містять нескінченно щільну точку, де наші уявлення про фізику більше не працюють.
І це ще до того, як ми торкаємось парадоксу інформації чорної діри. Згідно з першим законом термодинаміки, чорна діра повинна мати температуру, оскільки вона має масу, а згідно з другим законом, вона повинна випромінювати тепло. Стівен Гокінг довів, що чорні діри повинні випромінювати радіацію — це випромінювання тепер називається випромінюванням Гокінга, яке утворюється на кордоні чорної діри.
«Гокінг звернув увагу на парадокс. Якщо чорна діра може випаровуватись, то частина інформації, яку вона містить, назавжди зникає», — пояснює французький астрофізик Жан-П’єр Люмінет у своїй статті 2016 року. «Інформація, що міститься в тепловому випромінюванні чорної діри, погіршується і не містить даних про матерію, яку поглинула чорна діра. Втрата інформації суперечить одному з основних постулатів квантової механіки — відповідно до рівняння Шредінгера, фізичні системи не можуть створювати або знищувати інформацію».
Коротко кажучи, ми, ймовірно, чогось не розуміємо, і фізики з того часу, як Карл Шварцшильд у 1915 році вперше описав чорну діру, намагаються вирішити ці проблеми.
Хоча ми знаємо, що об’єкти, схожі на чорні діри, існують, деякі фізики пропонують альтернативні пояснення їх природи. Одна з таких моделей стверджує, що це не ті чорні діри, які передбачалися рівняннями Ейнштейна, а ультракомпактні об’єкти (УКО), які називають «замороженими зірками».
«Заморожені зірки — це вид імітаторів чорних дір: ультракомпактні астрофізичні об’єкти, які не мають сингулярностей і горизонту подій, але можуть відтворювати всі спостережувані властивості чорних дір», — пояснив Рамі Брюстін, професор фізики Бен-Гуріонського університету в Ізраїлі, в інтерв’ю для Live Science. «Якщо вони існують, це означає необхідність значної та фундаментальної зміни загальної теорії відносності Ейнштейна».
Один із способів, яким фізики намагаються пояснити, як можна уникнути появи сингулярності, полягає у застосуванні принципу квантової невизначеності. Принцип Гейзенберга стверджує, що чим більше ви знаєте про положення частинки, тим менше ви знаєте про її імпульс. Коли матерія всередині чорної діри намагається стискатися в одну точку, частинки починають чинити опір цьому процесу, створюючи своєрідний «квантовий тиск», що запобігає утворенню сингулярності.
Хоча «заморожені зірки» виглядали б майже так само, як чорні діри, які ми спостерігаємо, вони мають кілька важливих відмінностей.
Згідно з новою моделлю, внутрішня частина будь-якого об’єкта, що імітує чорну діру, повинна перебувати у сильно некласичному стані, адже принцип невизначеності запобігає стисканню матерії в одну точку. Ця модель також передбачає, що «заморожені зірки» можуть мати «вогняну стіну» всередині, яка запобігає подальшому колапсу. Важливо те, що відмінності між чорними дірами та цими об’єктами можуть бути виявлені за допомогою майбутніх спостережень гравітаційних хвиль.
Хоча це дослідження цікаве і заслуговує на увагу, потрібно ще багато роботи, щоб повністю описати внутрішню будову цієї альтернативної моделі та перевірити її в умовах експерименту.
Дослідження опубліковане в журналі Physical Review D.
