ВизиЯ Наука и технологии Физики обнаружили, что черные дыры оказывают давление на окружающее их пространство

Подтверждена гипотеза Хокинга

Учитывая, что наши первые прямые наблюдения, подтверждающие существование черных дыр, произошли только в этом веке, человечество можно простить за то, что оно не знает некоторых вещей об этих загадочных космических объектах.

Что мы знаем о черных дырах?

Мы даже не знаем всего того, чего не знаем - факт, который стал очевиден благодаря новому открытию. Выполняя уравнения для квантовой гравитации, корректирующие энтропию черной дыры, пара физиков обнаружила, что черные дыры оказывают давление на окружающее их пространство.

Не очень большое давление, конечно, но это открытие удивительным образом согласуется с предсказанием Стивена Хокинга о том, что черные дыры испускают излучение и поэтому не только имеют температуру, но и медленно сжимаются со временем.

"Наш вывод о том, что черные дыры имеют не только температуру, но и давление, является еще более захватывающим, учитывая, что это стало полной неожиданностью", - говорит физик и астроном Ксавье Кальме из Университета Сассекса в Великобритании.

Если рассматривать черные дыры только в рамках общей теории относительности, то можно показать, что в их центре есть сингулярность, где законы физики, как мы их знаем, должны разрушиться".

Астрофизики, возможно, подтвердили существование излучения Хокинга

"Есть надежда, что когда квантовая теория поля будет включена в общую теорию относительности, мы сможем найти новое описание черных дыр".

Когда они сделали свое открытие, Калмет и его коллега из Сассекского университета, физик и астроном Фолкерт Куйперс, проводил расчеты с использованием квантовой теории поля, чтобы попытаться исследовать горизонт событий черной дыры.

В частности, он пытался понять флуктуации на горизонте событий черной дыры, которые корректируют ее энтропию - меру перехода от порядка к беспорядку.

Выполняя расчеты, Кальмет и Куйперс постоянно натыкались на дополнительную цифру, которая появлялась в их уравнениях, но им потребовалось некоторое время, чтобы понять, на что они смотрят - на давление.

"Момент, когда мы поняли, что загадочная переменная в наших уравнениях говорит нам о том, что черная дыра, которую мы изучаем, имеет давление - после нескольких месяцев борьбы с этим - был захватывающим", - утверждает Куйперс.

Неясно, что вызывает это давление, и, согласно расчетам команды, оно очень мало. Более того, оно отрицательное - выражается как -2E-46 бар для черной дыры массой с Солнце, по сравнению с земным давлением в 1 бар на уровне моря.

Это означает именно то, на что похоже - черная дыра будет сжиматься, а не расти. Это согласуется с предсказанием Хокинга, хотя на данный момент невозможно определить, как отрицательное давление связано с излучением Хокинга, и даже связаны ли эти два явления.

Однако это открытие может иметь интересные последствия для наших попыток соотнести общую относительность (в макромасштабах) с квантовой механикой (которая работает на чрезвычайно малых масштабах).

Считается, что ключевую роль в этом деле играют черные дыры. Сингулярность этого объекта математически описывается как одномерная точка с чрезвычайно высокой плотностью, в которой общая относительность разрушается - но гравитационное поле вокруг нее может быть описано только релятивистски.

Выяснение того, как эти два режима сочетаются друг с другом, может также помочь решить действительно сложную проблему черных дыр. Согласно общей теории относительности, информация, исчезающая за ее пределами, может исчезнуть навсегда. Согласно квантовой механике, этого не может быть. Явление получило известность как информационный парадокс черной дыры, и математическое исследование пространства-времени вокруг нее поможет его разрешить.

"Наша работа - шаг в этом направлении, - поясняет Кальмет, - и хотя давление, оказываемое черной дырой, которую мы изучали, ничтожно мало, сам факт его наличия открывает множество новых возможностей, охватывающих изучение астрофизики, физики частиц и квантовой физики".