Узнайте о теориях что внутри черной дыры: какие на сегодня существуют теории и удастся ли нам узнать об этом при нашей жизни?
Сингулярность в центре черной дыры – это абсолютная ничейная территория: место, где материя сжимается до бесконечно крошечной точки, а все представления о времени и пространстве полностью разрушаются. Но есть мнения, что сама сингулярность на самом деле не существует. Тогда что-то должно заменить сингулярность, но мы точно не знаем, что именно.
Интересные факты об астрономии: таинственные загадки
Что такое сингулярность во Вселенной? Гравитационная сингулярность, сингулярность пространства-времени или просто сингулярность – это состояние, в котором гравитация, по прогнозам, будет настолько интенсивной, что само пространство-время катастрофически разрушится. Как таковая, сингулярность по определению больше не является частью регулярного пространства-времени и не может быть определена “где” или “когда”.
Давайте рассмотрим некоторые возможности, что внутри черной дыры, если отбросить сингулярность.
Что внутри черной дыры?
Звезды Планка
Возможно, глубоко внутри черной дыры материя не сжимается до бесконечно крошечной точки. Вместо этого может существовать наименьшая возможная конфигурация материи, наименьший возможный карман объема.
Это называется звездой Планка, и это теоретическая возможность, предсказанная петлевой квантовой гравитацией, которая сама по себе является очень гипотетическим предложением для создания квантовой версии гравитации. В мире петлевой квантовой гравитации пространство и время квантуются – вселенная вокруг нас состоит из крошечных дискретных кусочков, но в таком невероятно крошечном масштабе.
Как появляются черные дыры: тайны самых темных объектов во Вселенной
Эта теоретическая фрагментарность пространства-времени имеет два преимущества. Во-первых, она доводит мечту квантовой механики до ее окончательного завершения, объясняя гравитацию естественным образом. А во-вторых, она делает невозможным образование сингулярностей внутри черных дыр.
Когда материя сжимается под огромным гравитационным весом коллапсирующей звезды, она встречает сопротивление. Дискретность пространства-времени не позволяет материи достичь размеров, меньших планковской длины (около 1,68 раз 10^-35 метра). Вся материя, которая когда-либо попадала в черную дыру, сжимается в шарик. Идеально микроскопический, но точно не бесконечно крошечный.
Это сопротивление постоянному сжатию в конце концов заставляет материал распасться (то есть взорваться), делая черные дыры лишь временными объектами. Но из-за экстремальных эффектов замедления времени вокруг черных дыр, с нашей перспективы во внешней вселенной, проходят миллиарды, даже триллионы лет, прежде чем они взрываются.
Грава-звезды
Другая попытка отрицать сингулярность – та, что не полагается на непроверенные теории квантовой гравитации – известна как гравастар. Это очень теоретическая концепция.
Разница между теоретической черной дырой и грава-звездой заключается в том, что вместо сингулярности грава-звезда заполнена темной энергией. Темная энергия – это вещество, которое пронизывает пространство-время, заставляя его расширяться наружу. Это звучит как фантастика, но это реальность: темная энергия сейчас действует в большом космосе, заставляя всю нашу вселенную ускоряться в своем расширении.
Когда материя падает на гравитационную звезду, она не может проникнуть за горизонт событий (из-за всей этой темной энергии внутри) и поэтому просто зависает на поверхности. Но за пределами этой поверхности грава-звезды выглядят и ведут себя как обычные черные дыры. (Горизонт событий черной дыры – это ее точка невозврата, предел, за который ничто, даже свет, не может вырваться).
Однако недавние наблюдения слияния черных дыр с помощью детекторов гравитационных волн потенциально исключили существование грава-звезд, поскольку слияние грава-звезд даст другой сигнал, чем слияние черных дыр, и такие приборы, как LIGO (Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) и Virgo, с каждым днем получают все больше и больше доказательств этого. Хотя существование грава-звезды не совсем исключено в нашей вселенной.
А как насчет черных звезд, которые вращаются?
Звезды Планка и грава-звезды звучат интригующе, но реальность их существования вызывает сомнения. Поэтому, возможно, существует более приземленное объяснение сингулярности, основанное на более тонком и реалистичном взгляде на черные дыры в нашей вселенной.
Идея единой точки бесконечной плотности происходит из нашего представления о стационарных, необратимых, незаряженных, довольно скучных черных дырах. Реальные черные дыры являются гораздо более интересными персонажами, особенно когда они вращаются.
Вращение вращающейся черной дыры растягивает сингулярность в кольцо. И согласно математике теории общей относительности Эйнштейна (а это единственная математика, которую мы имеем), как только вы проходите через кольцевую сингулярность, вы попадаете в червоточину и выскакиваете через белую дыру (полярную противоположность черной дыры, куда ничто не может войти, а материя вылетает со скоростью света) в совершенно новую и захватывающую область вселенной.
Одна проблема: интерьеры вращающихся черных дыр катастрофически нестабильны. И это согласно той самой математике, которая приводит к непредсказанию путешествий в новую вселенную.
Проблема вращающихся черных дыр заключается в том, что они просто вращаются. Сингулярность, растянутая в кольцо, вращается с такой фантастической скоростью, что имеет невероятную центробежную силу. А в общей теории относительности достаточно сильные центробежные силы действуют как антигравитация: они толкают, а не тянут.
Это создает границу внутри черной дыры, которая называется внутренним горизонтом. За пределами этой области излучение падает внутрь, к сингулярности, под действием сильного гравитационного притяжения. Но возле кольцевой сингулярности излучение выталкивается антигравитацией, и поворотным моментом является внутренний горизонт. Если бы вы встретились с внутренним горизонтом, вы бы столкнулись со стеной бесконечно энергичного излучения – всей прошлой историей Вселенной, выплеснутой вам в лицо менее чем за мгновение.
Формирование внутреннего горизонта сеет семена для разрушения теории черной дыры. Но вращающиеся черные дыры, безусловно, существуют в нашей вселенной, поэтому это говорит нам о том, что наша математика неправильная и происходит что-то странное.
Что внутри черной дыры на самом деле? Мы не знаем – и самое страшное то, что мы можем никогда не узнать.
Пол М. Саттер – астрофизик из SUNY Stony Brook и Flatiron Institute, ведущий программ “Спроси космонавта” и “Космическое радио”, автор книги “Как умереть в космосе”. Саттер написал эту статью для рубрики “Экспертные голоса” на Space.com.
