У світі теоретичної фізики стався прорив, здатний перевернути наше розуміння найзагадковіших об'єктів Всесвіту. Вчені запропонували радикально нове пояснення того, що відбувається в центрі чорної діри. Довгий час панівна теорія про існування нескінченно щільної точки — сингулярності — була піддана сумніву в ході нового дослідження, опублікованого в авторитетному журналі Physical Review D.
Від точки до кільця: еволюція уявлень
Уявлення про те, що сингулярність — це безрозмірна точка, сформувалося ще в 1930-х роках. Ця модель була зручна для розрахунків і проста для пояснення, тому вона міцно увійшла в підручники. Пізніше, у 1960-х роках, фізики з'ясували, що у обертових чорних дірах центробіжна сила розтягує цю сингулярність у кільце. Однак для статичних чорних дір «точкова» модель залишалася аксіомою.
Ситуація змінилася завдяки мисленому експерименту, проведеному Ендрю Гамільтоном з Колорадського університету в Боулдері та Тайлером Макмакеном з Мерілендського університету. Вони змоделювали сценарій, у якому два дослідники падають у чорну діру з протилежних боків.
Парадокс зустрічі: чому космонавти не можуть зіткнутися
Згідно з простою «шкільною» теорією, якщо в центрі знаходиться точка, обидва космонавти неминуче повинні зіткнутися або опинитися в одній просторово-часовій координаті. Однак при детальному розгляді через призму загальної теорії відносності картина змінюється.
Під час падіння екстремально викривлений простір-час рухається до центру швидше швидкості світла. Це повністю розриває причинно-наслідковий зв'язок між спостерігачами. Вони не можуть обмінятися жодним сигналом, не знають про існування одне одного і фізично не здатні зустрітися.
Вчені роблять логічний висновок: якщо пасажири не можуть потрапити в одну й ту саму подію в просторі й часі, вони не можуть прямувати в одну точку. Це протиріччя зникає лише за однієї умови — якщо сингулярність є розкидистою тривимірною поверхнею, до якої кожен спостерігач приходить у своєму власному, ізольованому місці.
«Я завжди жартую зі студентами, що чорні діри постійно кидають виклик моїй інтуїції. Так, це стало несподіванкою. Але в той же час це нарешті розставило все по своїх місцях», — зазначив Ендрю Гамільтон.
Новий ключ до квантової гравітації
Це відкриття має колосальне значення для фундаментальної науки. Сучасна фізика спирається на два «стовпи»: Загальну теорію відносності Ейнштейна, що описує гравітацію і космос, і квантову механіку, що пояснює світ атомів. Всередині чорних дір ці теорії суперечать одна одній і перестають працювати.
Фізики вже понад століття шукають «квантову гравітацію» — об'єднану теорію, здатну пояснити Всесвіт на всіх рівнях. Переосмислення сингулярності як тривимірної поверхні змінює математичні умови, за яких звичайні закони фізики припиняють дію. Саме ці граничні поверхні стають єдиним місцем у Всесвіті, де квантова гравітація проявляється в реальності, надаючи вченим правильну вихідну точку для подальших розрахунків.
