Астрофизики разработали новую теоретическую модель, которая объясняет формирование и эволюцию черных дыр. Концепция разрешает противоречие между общей теорией относительности и квантовой механикой. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Одна из самых больших загадок черных дыр — информационный парадокс, который возникает из-за противоречивых предсказаний общей теории относительности и квантовой механики. Исследователи из канадского Университета Нью-Брансуика показали, что парадокс можно разрешить, если учесть эффекты квантовой гравитации. Астрофизики полагают, что, когда черная дыра умирает, информация, которую она поглотила в течение жизни, высвобождается в виде гравитационной ударной волны.
Согласно классической общей теории относительности, вся материя, из которой образовалась черная дыра, в конечном итоге оказывается в ее центре (в точке сингулярности) и остается там навсегда. Стивен Хокинг, напротив, в одной из своих основных работ показал, что черные дыры излучают энергию и медленно исчезают.
Однако, как отмечают авторы исследования, его работа предполагает, что испускаемое черными дырами излучение не содержит всей информации о материи, которая пошла на её формирование. Получается, что часть информации теряется безвозвратно, что противоречит принципам квантовой механики.
«Мы изучили проблему, используя простую пылевую материю, которая не оказывает давления, потому что это самый простой тип материи. Ее движение описывается управляемым уравнением, которое можно решить на ноутбуке, — сообщил в интервью Phys.org Викар Хусейн, соавтор исследования. — Это уравнение представляет собой модифицированную версию классических уравнений Эйнштейна, которая включает в себя фундаментальную дискретность пространства на микроскопическом уровне».
Исследователи следили за эволюцией облака коллапсирующих частиц пыли, пока оно не образовало черную дыру. Численный метод Годунова позволил ученым даже внутри области черной дыры изучить движение материи по направлению к точке, где в классическом решении была бы сингулярность.
Уравнение с поправкой на квантовую гравитацию, выведенное Хусейном и его коллегами, решает проблему сингулярности более динамично, чем классические модели. В частности, предполагается, что материя падает в центр черной дыры, достигает большой, но конечной плотности, а затем отскакивает назад, образуя ударную волну.
Эффекты квантовой гравитации важны для ударной волны и позволяют ей двигаться наружу внутри черной дыры, что невозможно при использовании классических уравнений. В то же время искривление пространства — времени становится большим, но никогда не расходится (как это происходит в классической теории).
Авторы исследования
С использованием метода Годунова исследователи также смогли рассчитать время жизни черной дыры от ее образования до исчезновения, когда из-за горизонта событий выходит ударная волна, и он начинает исчезать. Рассчитанное в работе время жизни черной дыры намного меньше времени испарения, предсказанного Хокингом.
Это, как отмечают исследователи, говорит о том, что их модель может помочь решить проблему потери информации, но для ее подтверждения потребуются дополнительные исследования.
Читать далее:
За ней охотились столетиями: что нам известно о планете Вулкан рядом с Солнцем
Физики экспериментально подтвердили новый фундаментальный закон для жидкостей
Астрономы нашли источник загадочных радиовсплесков, которые идут из космоса