3 мин

Пространственно—временные петли способны объяснить существование черных дыр

:  Научно-исследовательские работы, проведенные американскими и уругвайскими учеными, которые позволяют объяснить внутреннюю природу черных дыр при помощи петлевой квантовой теории. Физика не в состоянии описать то, что происходит внутри черной дыры. В этом месте все существующие теории рассыпаются в пыль, а общая относительность сталкивается с квантовой механикой, создавая так называемую сингулярность, точку, где решения всех уравнений сводятся к бесконечности. Тем не менее, некоторые продвинутые физические теории пытаются соединить вместе общую относительность и квантовую механику, чтобы понять то, что на самом деле происходит внутри самых плотных объектов во Вселенной. Недавно ученые применили к черным дырам теорию так называемой квантовой петли, обнаружив, что внутри них пространство и время могут быть чрезвычайно искривленными. Теория же относительности говорит, что гравитация внутри черной дыры должна иметь определенный конечный показатель.

Это был первый случай применения теории квантовой петли по отношению к черным дырам, и результаты, по словам исследователей, оказались обнадеживающими.

«То, что было сделано, — это главный шаг, поскольку ученые смогли создать намного более полное описание процессов вблизи от сингулярности черной дыры», говорит Абхай Аштекар, физик, изучающий теорию петлевой квантовой гравитации в Государственном Университете Пенсильвании (сам он участия в исследовании не принимал).

Черная дыра возникает в том случае, когда у большой звезды истощаются все материальные запасы для протекания реакций ядерного синтеза, и она погибает под давлением собственной силы притяжения. Внешнее покрытие светила испаряется, а его ядро обрушивается внутрь самого себя. Действие гравитации становится все сильнее, пока то, что осталось от общей массы ядра не конденсируется в пределах чрезвычайно малой площади. Теория относительности утверждает, что данная площадь являет собой одиночную точку пространства-времени, плотность которой бесконечно велика (сингулярность).

Большинство ученых, тем не менее, считает, что сингулярности не существует, что это лишь признак неспособности уравнений к адекватному отображению реальности. Петлевая квантовая гравитация выглядит своеобразным улучшением общей относительности в том, что касается черных дыр, поскольку в ней сингулярность невозможна.

Суть идеи основывается на понятии «квантирования», которое разбивает целое на дискретные частицы. Квантовая механика утверждает, что атом существует в виде квантированных, дискретных состояний, а петлевая квантовая гравитация говорит, что пространство-время само по себе состоит из квантированных, раздельных частиц, принимая форму крошечных одномерных петель.

«Петля (одномерная по своей природе) является фундаментальной формой существования пространства-времени», говорит Хорхе Пуллин, физик Государственного Университета Луизианы, являющийся соавтором исследования вместе с Родольфо Гамбини (Университет Республики, Уругвай). «Основной структурный элемент — петля или система петель, что визуально можно представить как очка ткани».

Данный способ изображения пространства-времени меняет фундаментальные физические принципы, особенно, в чрезвычайных условиях, характерных, к примеру, для Большого Взрыва или черных дыр. Большой Взрыв, подобно черным дырам, также нельзя описать при помощи теории относительности; остается принимать его как сингулярность.

«Вопрос, на самом деле, был поднят еще в 2005 году, когда стало понятно, что петлевая квантовая гравитация может объяснить сингулярность Большого Взрыва, а квант пространства-времени намного больше, чем представлял себе Эйнштейн», говорит Аштекар в интервью сайту «space». Пуллин и Гамбини говорят, что их работа — лишь предварительная попытка, далекая от полного описания настоящей сложности черных дыр.

«Созданная нами модель очень проста», говорит Пуллин. В контексте данной упрощенной модели «черные дыры живут вечно и не развиваются. Поэтому я не могу сказать, какова внутренняя природа черных дыр. Может быть, что вместо сингулярности существует сильно искривленная область. Возможно также, что предыдущее предположение не имеет никакого смысла, поскольку вышеупомянутая область не ведет себя как классическое пространство-время, взаимодействуя с частицами совсем не так, как мы думаем».

Исследователи надеются продолжить свою работу, сделав черные дыры своей модели более динамичными и неустойчивыми. «Изучаемые нами черные дыры находились в пустом пространстве, не содержа в себе никакого вещества. Они представляли собой чистое пространство-время», говорит Пуллин. «Мы пытаемся добавить материю, так как с ней должна появиться динамичность». Детальный отчет об исследовании можно найти в журнале «Записки Физического Обзора» за 23 мая 2013 года.

.

Постоянный адрес новости: https://www.uefima.ru/space/prostranstvenno-vremennye-petli.html

Опубликовано 2013-07-13.