Гіпотетичний претендент на звання “чорна діра” від теорії струн

Чорні діри – безумовно, найбільш загадкові об’єкти у Всесвіті. Це об’єкти в космосі, де повністю руйнуються всі наші знання фізики. І все ж, незважаючи на уявну неможливість, вони існують. Але що, якщо ці гравітаційні монстри зовсім не чорні діри, а швидше космічний еквівалент нечітких, вібруючих кульок струн?

Нове дослідження припускає, що це може бути так, і що в майбутніх спостереженнях ми дійсно зможемо їх побачити.

Проблеми чорних дір

Чорні діри фігурують в загальної теорії відносності Ейнштейна, і за всіма законами їх не повинно існувати.

Відповідно до цієї теорії, якщо згусток матерії стиснеться до дуже малого обсягу, гравітація може стати надзвичайно сильною. Це неймовірне гравітаційне стиснення може перевершити будь-яку з чотирьох фундаментальних сил природи. Як тільки досягається певний критичний поріг, згусток матерії просто стискається і стискається в нескінченно крихітну крапку.

Ця нескінченно крихітна крапка, відома як сингулярність оточена поверхнею, відомої як горизонт подій – місцем, де тяжіння не випускає навіть світло.

Природно, нескінченно крихітної точки не існує, тому ця картина здається неправильною. Але в середині XX століття астрономи почали знаходити об’єкти, які виглядали як чорні діри, діяли як чорні діри і, ймовірно, пахли як чорні діри. Незважаючи на те, що це неможливо, вони були більш ніж реальні.

І це – не єдина проблема. У 1976 році Стівен Хокінг зрозумів, що чорні діри зовсім не чорні. З-за дивацтв квантової механіки вони повільно випаровуються. Це призвело до парадоксу. Уся інформація, що потрапляє в чорну діру замикається всередині. Але випромінювання Хокінга нікуди не діває цю інформацію. Так що в підсумку випаровується, що відбувається з усією інформацією? . .

“Волоконна” рішення

Протягом десятиліть фізики-теоретики старанно працювали, щоб знайти хоч щось, що може пояснити чорні діри. Що зможе пояснити інформаційний парадокс і замінить сингулярність математикою, яка буде працювати.

Серед таких теоретиків є ті хто працює над теорією струн, яка являє собою модель Всесвіту, яка замінює всі частинки і сили субатомними вібруючими струнами. Щоб математика теорії працювала, також мають існувати додаткові вимірювання. Вони крихітні або згорнуті в субатомні масштаби.

Теорія струн претендує на те, щоб стати “Теорією всього“, здатної пояснити всі види сил, все в нашій Всесвіту і сам Всесвіт.

Отже, теорія струн повинна бути в змозі пояснити незрозуміле, вона повинна бути в змозі замінити чорні діри чим менш лякаючим.

І дійсно, струнні теоретики запропонували менш страшну заміну чорним дірам. Їх називають “пухнастиками” (fuzzballs).

Намагаємося розплутатися

В теорії струн чорні діри зовсім і не дірки, і навіть не чорні. Краща паралель, яка пояснює, що таке “пухнастий клубок” – нейтронні зірки.

Нейтронна зірка – це коли об’єкту не вистачає сили тяжіння, щоб луснути. Усередині нейтронної зірки речовину стиснуто до максимально можливої щільності. В ній атомне товариство (у вигляді протонів і електронів) руйнується і розчиняється, залишаючи після себе тільки нейтрони, стислі якомога щільніше.

З “fuzzballs” основні струни перестають працювати разом і просто стискуються, перетворюючись у великий. клубок струн. “Пухнастий” клубок.

Ці об’єкти не повністю конкретизовані навіть теоретично, бо, який би крутий була струнна теорія, її досі не довели до розуму.

Тому “fuzzballs” не тільки нечіткі у фізичній реальності, але і нечіткі математичної можливості.

Найкращий спосіб довести існування цих об’єктів – стежити за гравітаційними хвилями, які утворюються в результаті зіткнень чорних дірок – це як раз те, що теорія відносності пророкує чорним дірам.

Та новітні інструменти для виявлення гравітаційних хвиль можуть мати чутливістю, щоб відрізнити звичайні чорні дірки від шорсткуватих “пухнастих” грудок. Я кажу “може”, тому що різні моделі “пухнастих” грудок передбачають різні варіації від стандартного поведінки чорної діри.

Якщо ми зможемо знайти докази існування “fuzzballs“, це не буде відповіддю на питання, що таке чорні діри насправді? Це розкрило б деякі з найглибших основ природи.