Физики из Математического института имени Стеклова РАН разработали
теоретическое описание поведения материи внутри черных дыр и нашли
возможный способ примирить квантовую физику и теорию гравитации,
говорится в статье, опубликованной в Journal of High Energy Physics.
"Мы использовали подход, основанный на
голографическом принципе. Он состоит в том, что квантовая двумерная
система, которая "живет" на границе специального искривленного
3D-пространства, называемого пространством анти-де Ситтера, может быть
описана внутри него классической гравитационной физикой. Таким образом,
трехмерное пространство вместе со всем, что происходит внутри, играет
роль голограммы, иллюстрирующей происходящее непосредственно в нашей
физической системе", - заявил Михаил Храмцов из Математического
института РАН, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного
фонда.
Обычные и сверхмассивные черные дыры обладают столь
сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость
света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы
воздействия черной дыры, которая получила название "горизонт событий".
То,
что происходит за горизонтом событий, остается тайной и предметом
споров среди физиков. Большинство ученых считает, что мы в принципе не
можем заглянуть внутрь черной дыры и изучить ее структуру, так как это
приведет к крайне неприятным последствиям - в таком случае мы не сможем
"примирить" между собой теорию относительности Эйнштейна и квантовую
механику.
Тем не менее, черные дыры существуют, и их поведение и
существование нужно как-то описать. Относительно недавно ученые начали
считать, что черные дыры на самом деле являются не трехмерными, а
двумерными объектами, своеобразными космическими "голограммами", в
которых пространство сжимается ближе к "краям" черной дыры и где
брошенный по прямой линии объект возвращается назад к точке начала
полета.
Эта теория и описывающие ее уравнения были выдвинуты в
конце 1990 годов двумя известными космологами - Хуаном Малдасеной из
Принстонского университета и Герард "т Хоофтом из университета Утрехта.
Сегодня, как считают некоторые ученые, подобные же принципы могут
описывать и всю Вселенную в целом - иными словами, вполне возможна
ситуация, что человечество и все внеземные цивилизации живут внутри
"плоской" двумерной голограмы.
Используя эти принципы, Храмцов и
его коллеги попытались объяснить то, почему сам факт существования
черных дыр не нарушает законы термодинамики, и описать те квантовые
процессы, которые отвечают за транспортировку тепла внутри них,
используя принципы теории относительности Эйнштейна и другие
классические законы физики.
Как показали расчеты ученых, в черной
дыре действительно может наблюдаться некий аналог термодинамического
равновесия, который можно наблюдать в "нормальной" Вселенной, что можно,
как подчеркивают ученые, проверить экспериментальным путем, сталкивая
частицы, охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю.
Если
такие частицы находятся внутри магнитных ловушек, то при облучении
лазером или другими источниками энергии они будут вести себя примерно
таким же образом, как и материя внутри "плоских" черных дыр. В
частности, информация о появлении новых квантовых связей между частицами
будет распространяться внутри этой ловушки с определенной скоростью, и
отклонения от нее будут означать, что выкладки российских физиков не
совсем верны.
Как отмечает Храмцов, аналогичным образом может
разогреваться кварково-глюонная плазма, возникающая внутри БАК и другого
ускорителя частиц, коллайдера RHIC в Брукхевене (США), что позволяет
использовать те же принципы для описания ее поведения и ее дальнейшего
изучения. По его словам, в ближайшем будущем российские физики
попытаются найти ответ на другой важный вопрос, связанный с черными
дырами - теряется ли информация при прохождении материи через горизонт
событий."