Физики предложили новый сценарий смерти черных дыр

❋ 3.7

Если информация, попавшая в черную дыру, в конечном итоге не теряется, то финальный этап ее существования должен растянуться на гораздо больший срок, чем предсказывает классическая теория испарения Хокинга. К такому выводу пришли авторы новой научной работы. Впрочем, речь идет о теоретической модели, основанной на ряде предположений о квантовой гравитации и сохранении информации при испарении черных дыр.

Астрономия

# белые дыры

# квантовая гравитация

# квантовая запутанность

# компьютерное моделирование

# Черные дыры

Черная дыра до и после трансформации в гипотетическую белую дыру в представлении художника. / © Robert Lea (created with Canva)

Согласно общепринятой картине, черные дыры испаряются благодаря излучению Хокинга. Этот процесс должен приводить к уменьшению массы объекта вплоть до его исчезновения. Но здесь возникает знаменитый информационный парадокс: квантовая механика требует, чтобы информация не уничтожалась, тогда как тепловое излучение Хокинга, на первый взгляд, не содержит сведений о том, что когда-то упало в черную дыру.

Авторы нового исследования, опубликованного на сервере препринтов Корнеллского университета, рассмотрели один из возможных способов решения этой проблемы. Они использовали математические соотношения, связывающие энергию излучения Хокинга с квантовыми связями между частицами, испущенными на разных этапах жизни черной дыры. Затем физики предположили, что информация все же должна полностью вернуться во внешнюю Вселенную.

На этой основе ученые разделили эволюцию черной дыры на несколько этапов. Сначала происходит обычное испарение Хокинга. Затем черная дыра становится настолько легкой, что в дело, вероятно, вступают неизвестные эффекты квантовой гравитации, для описания которых законченной теории пока нет. После этого, согласно модели, начинается так называемая «фаза очистки» — особый этап, во время которого накопленная квантовая информация постепенно высвобождается.

Причем этот процесс не может происходить мгновенно. Из законов сохранения энергии и требований квантовой механики исследователи вывели минимальное время, необходимое для «очистки» накопленной запутанности. Полученная оценка показала, что завершающий этап может продолжаться много дольше, чем весь период обычного испарения.

Физики рассмотрели и еще более экзотический сценарий. Если предположить, что остаток черной дыры оказывается необычайно стабильным, то время его жизни может стать колоссальным — настолько, что на порядки превысит возраст самой Вселенной. Отметим, однако, что эти выводы крайне спекулятивны.

При этом математические свойства предложенного решения напоминают характеристики так называемой белой дыры — гипотетического объекта, который считается противоположностью черной дыры и способен выбрасывать вещество и энергию наружу. Авторы исследования предположили, что финальная стадия испарения может быть связана с переходом черной дыры в подобное состояние.

Эта идея также остается сугубо теоретической. Белые дыры никогда не наблюдали, а их существование не подтверждено ни астрономическими, ни экспериментальными данными. Более того, сама работа не предлагает никакого способа проверки. Собственно поэтому рассматривать результаты стоит как математическое исследование возможных ограничений, наложенных квантовой механикой на жизнь черных дыр. И это в случае, если информация действительно сохраняется.

Для физиков подобные расчеты все же важны, так как помогают понять, какими свойствами должна обладать теория квантовой гравитации. Но говорить о том, что черные дыры действительно превращаются в белые или оставляют после себя долгоживущие остатки, явно преждевременно.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Автор освещает темы из разных областей науки, включая астрономию, палеонтологию и генетику. Пишет о научных открытиях, природных явлениях и эволюционных процессах.