Черные дыры действительно представляют собой гигантские пушистые комки

Исследование пытается положить конец спорам об известном информационном парадоксе Стивена Хокинга, проблеме, созданной выводом Хокинга о том, что любые данные, попадающие в черную дыру, никогда не могут покинуть ее. Этот вывод согласовывался с законами термодинамики, но противоречил фундаментальным законам квантовой механики.

«Из теории струн мы обнаружили, что вся масса черной дыры не всасывается в центр», — сказал Самир Матур, ведущий автор исследования и профессор физики в Университете штата Огайо. «Черная дыра пытается сжать все до точки, но затем частицы вытягиваются в эти струны, а струны начинают растягиваться и расширяться, и он становится пушистым клубком, который расширяется, чтобы заполнить всю черную дыру».

Исследование, опубликованное 28 декабря в Турецком журнале физики, показало, что теория струн почти наверняка содержит ответ на парадокс Хокинга, как первоначально полагали авторы статьи. Физики доказали теоремы, чтобы показать, что теория пушистых клубков остается наиболее вероятным решением информационного парадокса Хокинга.

Исследователи также опубликовали эссе, показывающее, как эта работа может решить давние загадки космологии; эссе появилось в декабре в Международном журнале современной физики Д.

Матур опубликовал исследование в 2004 году, в котором предполагаемые черные дыры были похожи на очень большие, очень грязные клубки пряжи — «пушистые клубки», которые становятся больше и грязнее по мере того, как в них всасываются новые объекты.

«Чем больше черная дыра, тем больше энергии уходит внутрь, и тем больше становится пушистый комок», — сказал Матур. Исследование 2004 года показало, что теория струн, физическая теория, утверждающая, что все частицы во Вселенной состоят из крошечных вибрирующих струн, может быть решением парадокса Хокинга. При такой структуре пушистого комка отверстие излучается, как любое нормальное тело, и головоломки нет.

После исследования Матура 2004 года и других подобных работ «многие люди думали, что проблема решена», сказал он. «Но на самом деле часть людей в самом сообществе теории струн думала, что они будут искать другое решение информационного парадокса Хокинга. Их беспокоило то, что с физической точки зрения вся структура черной дыры изменилась».

Исследования последних лет пытались примирить выводы Хокинга со старой картиной дыры, согласно которой черную дыру можно представить как «пустое пространство со всей массой в центре». Одна теория, парадигма червоточины, предполагала, что черные дыры могут быть одним концом моста в пространственно-временном континууме, а это означает, что все, что входит в черную дыру, может появиться на другом конце моста — другом конце червоточины — в другое место в пространстве и времени.

Однако для того, чтобы картина червоточины сработала, некоторое низкоэнергетическое излучение должно выйти из черной дыры на ее краях.

Это недавнее исследование доказало теорему — «теорему об эффективных малых поправках», — чтобы показать, что если бы это произошло, черные дыры не излучали бы так, как они это делают.

Исследователи также изучили физические свойства черных дыр, в том числе изменение топологии квантовой гравитации, чтобы определить, будет ли работать парадигма червоточины.

«В каждой из версий, которые были предложены для подхода червоточины, мы обнаружили, что физика несовместима», — сказал Матур. «Парадигма червоточины пытается доказать, что в каком-то смысле вы все еще можете думать о черной дыре как о фактически пустой со всей массой в центре. А теоремы, которые мы доказываем, показывают, что такая картина дыры невозможна».