Клубок в ткани пространства-времени: ученые считают, что разгадали суть черных дыр

Фото: NASA

Группа ученых представила новое исследование в издании Physical Review D, в котором они предполагают, что черные дыры на самом деле могут быть гипотетическими объектами под названием топологические солитоны. Эти объекты выглядят, как черные дыры, но от них можно сбежать, пишет Space.

Авторы нового исследования считают, что по всей Вселенной могут существовать своеобразные дефекты в ткани пространства-времени, которые могут быть очень похожими на черные дыры. Но если подлететь к ним поближе, то окажется, что это на самом деле это гипотетические топологические солитоны. Если их можно будет обнаружить, то это даст возможность улучшить понимание квантовой физики.

Существование черных дыр предсказывала общая теория относительности Эйнштейна и на сегодня уже получено два прямых изображения этих объектов. Ученые знают, что черные дыры появляются в результате смерти огромных звезд, когда они разрушаются под действием собственной гравитации. Она сжимает остатки звезды до того момента, пока не останется бесконечно крошечная и невероятно плотная точка, которая называется сингулярностью. Вокруг нее появляется своеобразная граница или горизонт событий, представляющий собой внешний край черной дыры. Все, что пересекает эту границу, даже свет, навсегда останется в черной дыре.

Но физики все еще считают, что точки бесконечной плотности не могут существовать. Поэтому возникает проблема: черные дыры должны существовать, их уже наблюдают, даже напрямую, но до сих пор до конца не ясна их природа. Поэтому возможно черные дыры являются на самом деле чем-то другим?

Чтобы решить эту проблему нужно понять природу сильнейшей гравитации в очень маленьких масштабах, то есть то, что физики называют квантовой гравитацией. Пока что теории квантовой гравитации не существует, но есть несколько кандидатов, которые могли бы ею стать.

Например, это касается теории струн, согласно которой все частицы во Вселенной на самом деле состоят из крошечных вибрирующих струн. Чтобы объяснить разнообразие частиц в космосе, эти струны не могут просто вибрировать в обычных трех пространственных измерениях.

Согласно теории струн, существуют дополнительные измерения, которые сами по себе свернуты в невероятно крошечном масштабе и пока нельзя сказать, существуют ли они вообще, настолько мал этот масштаб. Но если допустить существование этих измерений, то можно предположить, что существуют необычные гипотетические объекты.

Авторы нового исследования считают, что эти компактно свернутые дополнительные измерения могут создавать дефекты или складки в ткани пространства-времени – топологические солитоны. Ученые считают, что эти объекты на самом деле могут выглядеть и даже вести себя, как черные дыры, но есть и отличия.

Согласно новой теории солитоны будут влиять на свет почти так же, как и черные дыры. То есть, когда свет подлетает к этим объектам, то он искривляется и появляется своеобразное кольцо из света, отбрасывающее тень. Поэтому физики предположили, что солитоны могут выглядеть точно так же, как и две известные черные дыры, которые удалось сфотографировать напрямую. Но если приблизиться к этим объектам, то они окажутся не совсем похожими на черные дыры. Согласно новой теории, солитоны не являются сингулярностью и у них нет горизонта событий, как у черных дыр. Получается, что к солитонам можно подлететь очень близко, изучить их и улететь обратно, главное, чтобы хватило топлива.

Но, близко к Земле пока не обнаружено черных дыр, чтобы можно было к ним полететь, тщательно их изучить и выяснить, являются ли они солитонами. Поэтому пока что ученые ведут наблюдение за более далекими объектами. Но авторы исследования указывают на то, что если получится найти топологические солитоны, то это улучшит наше понимание гравитации и улучшит понимание квантовой физики и возможно приведет к появлению теории квантовой гравитации.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform