Физики-теоретики Дуглас Стэнфорд и Стивен Шенкер показали, что на квантовом уровне черные дыры проявляют хаотичное поведение, подобное эффекту бабочки. Внесение изменений в черную дыру — даже столь малых, как сброс в нее одной частицы — могут изменить ее поведение.
Ключевой момент к пониманию этого хаоса — то, что черные дыры не совсем черные. Космические гиганты излучают слабую дымку из частиц — остатки пар виртуальных частиц, постоянно возникающих повсюду в космосе. Когда это происходит у горизонта черной дыры, некоторые частицы могут улететь, производя то, что сегодня известно как «излучение Хокинга». Изучение его проливает свет на хаотичную природу черных дыр. Об этом Стэнфорд и Шенкер написали в работе, опубликованной в журнале Journal of High Energy Physics в 2014 году.
Представьте, что вы бросаете один электрон в черную дыру — это незначительное изменение для чудовищного исполина. Однако эта мелочь изменяет «излучение Хокинга» подобно тому, как бабочка хлопает крыльями и меняет направление отдаленной лодки.
Добавление частицы увеличивает массу черной дыры и расширяет ее горизонт событий — границу, зайдя за которую, ничто не может выбраться обратно. «Излучение Хокинга», которое в противном случае было бы испущено, остается запертым внутри расширяющейся черной дыры. То, что казалось незначительным изменением, имеет далекоидущие последствия — чистый хаос.
Стэнфорд расширил эту идею. Он, Шенкер и Хуан Малдасена из Института перспективных исследований опубликовали в 2016 году в Journal of High Energy Physics работу, в которой теоретически показали, что последствия даже маленького изменения в черной дыре возрастают так быстро, насколько это физически возможно. Этот рост последствий делает черные дыры самой хаотичной системой.
Изучив связь между маленькими частицами и гигантскими черными дырами, ученые надеются разобраться в запутанном конфликте между самыми важными теориями в физике. Цель — сформулировать теорию квантовой гравитации, объединив квантовую механику и общую теорию относительности. Их несоответствие указывает на то, что в глубине каждой теории что-то не так. Новые идеи Стэнфорда о черных дырах помогут ученым найти решение.
«Возможно, он один из тех редких людей, которые действительно меняют направление науки, — говорит Шенкер. — Жду не дождусь, когда узнаю, прав я или нет».