Подтверждена «космическая цензура», раскрывающая секреты квантовой гравитации

В 1960-х годах британский физик и математик Роджер Пенроуз предложил принцип «космической цензуры» — гипотезу, согласно которой сингулярности — области пространства-времени с экстремальными гравитационными силами — всегда скрыты за горизонтом событий черной дыры.

Сингулярности — это уникальные точки, в которых нарушаются классические законы физики, такие как общая относительность. Хотя описание Пенроузом сингулярностей черных дыр получило широкое признание, принцип «космической цензуры» не имел математического подтверждения — до сих пор.

Четыре года назад Пенроуз был удостоен Нобелевской премии по физике за свою новаторскую работу по изучению сингулярностей. Опираясь на его идеи, исследователи разработали новую модель, опубликованную в Physical Review Letters, которая математически демонстрирует, как сингулярности в квантовых черных дырах остаются скрытыми.

Авторы исследования считают, что их выводы могут разгадать давние тайны, связанные с квантовой гравитацией, сообщает Interesting Engineering.

В отличие от обычных черных дыр, которые образуются, когда массивные звезды разрушаются при взрывах сверхновых, квантовые черные дыры — это теоретические субатомные объекты, которые подчиняются законам квантовой механики и общей теории относительности.

В то время как обычные черные дыры, как известно, существуют в космосе, квантовые черные дыры еще не наблюдались и остаются умозрительными. Некоторые ученые предполагают, что они могут образовываться в ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер.

Чтобы исследовать скрытую природу сингулярностей, физики разработали модель, которая изучает, как квантовая материя взаимодействует с квантовыми черными дырами. В модели используется гравитационная голография — метод, изучающий гравитацию в экстремальных условиях.

Гравитационная голография предполагает, что информация о черной дыре закодирована на ее границе, или горизонте событий — подобно тому, как голограмма хранит трехмерные данные в двухмерном изображении.

Модель показывает, что когда квантовая материя взаимодействует с пространственно-временной геометрией квантовой черной дыры, квантовый эффект вызывает формирование горизонта событий вокруг голой сингулярности, полностью скрывая ее от наблюдателей. Это явление исследователи назвали квантовой «космической цензурой».

В то время как новая модель подтверждает принцип «космической цензуры» для квантовых черных дыр, математическое доказательство для классических черных дыр остается труднодостижимым. Однако исследователи с оптимизмом ожидают, что этот квантовый прорыв проложит путь к аналогичным результатам в классической физике.

Физики считают, что их открытие — важный шаг на пути к разгадке тайн квантовой гравитации — теоретической основы, которая стремится объединить квантовую механику и общую относительность.

Более глубокое понимание сингулярностей черных дыр и поведения «космической цензуры» под воздействием квантов может дать значительное представление о структуре Вселенной.

Таким образом, новая модель открывает перспективы для дальнейших исследований в области квантовой гравитации. Исследователи надеются, что использование гравитационной голографии станет основой для более глубоких теорий, которые помогут соединить две величественные области физики — квантовую механику и общую теорию относительности. Математическое доказательство космической цензуры для квантовых черных дыр может не только подтвердить существование горизонтов событий, но и дать ключ к пониманию их поведения в экстремальных условиях.

Кроме того, работа над этой моделью подтолкнула ученых к размышлениям о возможных применениях квантовых черных дыр в астрофизике. Некоторые исследователи предполагают, что понимание их свойств может помочь объяснить загадочные явления, такие как темная материя и энергия. Если квантовые черные дыры действительно существуют, то их поведение может изменить наше восприятие обширных структур Вселенной.

Таким образом, достижение прогресса в области изучения сингулярностей и космической цензуры открывает новые горизонты для исследования природы пространства-времени. Этот научный прогресс может привести к революции в нашем понимании Вселенной и ее глубинных законов.