Теорія гравітації Альберта Ейнштейна, загальна теорія відносності, хоч і геніальна, але не зовсім завершена. Як довів лауреат Нобелівської премії Роджер Пенроуз, колапс матерії під дією власної гравітації призводить до утворення “сингулярності” — точки з нескінченною густиною або кривизною.
У такій сингулярності простір, час і матерія просто зникають. Закони фізики втрачають свою силу, а передбачити майбутнє на основі минулого стає неможливо. Уявіть, що це як дивитися на фільм, де раптово вимикається екран — наука теж “гасне”, ідеться у статті на сайті The Сonversation.
Однак Пенроуз запропонував цікаву ідею: чорні діри можуть бути природним “захистом” від катастрофи сингулярностей. Особливістю чорної діри є її горизонт подій — невидима “межа”, яку неможливо перетнути назад. Все, що потрапляє за горизонт подій, залишається там назавжди, навіть світло.
Читайте також: Що таке червоточина або кротова нора
Сингулярності та горизонт подій
Усі математичні моделі чорних дір вказують на існування сингулярності в їхньому ядрі. Пенроуз припустив, що ці сингулярності завжди “захищені” горизонтом подій. Це означає, що спостерігати їх напряму ми не можемо, і фізика у всесвіті поза горизонтом залишається “як завжди”. Ця ідея отримала назву “космічної цензури”.
Проте, навіть через пів століття, вона залишається непідтвердженою. Ба більше, знайти приклади, які суперечать цій гіпотезі, теж не вдається.
Квантова механіка вступає в гру
Нещодавно проведене дослідження показало, що квантова механіка, яка описує мікросвіт частинок і атомів, підтримує принцип космічної цензури. Виявилося, що навіть якщо врахувати квантові ефекти, чорні діри зберігають “одяг” у вигляді горизонту подій, що приховує сингулярності.
Це важливо, адже квантова механіка може створювати негативну енергію (відомий ефект Казиміра). Без врахування квантових ефектів фізика не здатна дати повну картину того, що відбувається в чорних дірах.
Читайте також: Як був створений Всесвіт?
Що далі?
Дослідники пропонують нову математичну нерівність — квантову нерівність Пенроуза. Вона пов’язує енергію простору-часу із загальною ентропією (величиною хаосу) чорних дір і квантової матерії в них. Інакше кажучи, якщо ентропія перевищує певний рівень, простір-час стає “голим”, і сингулярність оголюється.
Ця квантова нерівність поки не є абсолютним доказом, але вона значно зміцнює ідею космічної цензури навіть у квантовому масштабі.
Висновок
Чорні діри й сингулярності — це ключ до розуміння глибоких законів нашого всесвіту. І хоча простір і час можуть закінчуватися на горизонті подій, квантова механіка ніби ставить завісу між нами й цим фіналом. Що ж, можливо, навіть у найтемнішій гравітаційній безодні космос все ще дотримується своїх правил.
