Сингулярность под вопросом: Что на самом деле скрывается в сердце черной дыры?

В начале этого года физики предложили революционное решение одной из величайших загадок современной физики: проблемы сингулярности в центре черных дыр. Как сообщает space.com, некоторые ученые теперь предполагают, что сингулярностей, возможно, вообще не существует — но с этим согласны не все.

Что такое сингулярность? Это точка, где материя становится бесконечно плотной, искривляя пространство-время настолько сильно, что известные законы физики перестают работать. Представьте, что все Солнце сжали до крошечной частицы размером меньше песчинки — вот о каких экстремальных плотностях идет речь.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна (1916), черные дыры должны содержать такую сингулярность. Однако бесконечная плотность физически бессмысленна, поэтому исследователи десятилетиями искали альтернативы.

Новый подход: Без бесконечности? Чтобы решить проблему, часть физиков модифицировала уравнения Эйнштейна. Они предполагают, что вместо сингулярности в центре черной дыры может находиться предельно искривленная, но конечная по плотности область. Это похоже на растянутый резиновый лист, который никогда не рвется, а лишь изгибается до своего предела.

Возражения Поплавского: Лишние измерения или новые миры? Однако теоретик Никодим Поплавский (Университет Нью-Хейвена) не согласен с таким решением. Он утверждает, что оно опирается на недоказанные дополнительные измерения пространства — как если бы у нашей Вселенной были скрытые направления помимо вверх-вниз, влево-вправо, вперед-назад и времени.

Поскольку мы никогда не наблюдали эти дополнительные измерения, Поплавский считает данную теорию скорее математической абстракцией, чем физической реальностью.

Более того, он подчеркивает, что пространство-время внутри черной дыры должно быть динамичным, а не статичным. Поплавский выдвигает смелую гипотезу: единственный способ по-настоящему разрешить загадку сингулярности — это если черные дыры становятся «роддомами» для совершенно новых вселенных. Это означает, что наша собственная Вселенная могла зародиться внутри черной дыры, существующей в некой «материнской» вселенной!

В поисках доказательств и долгое ожидание. Если эта гипотеза верна, то следы такого события — «космологические отпечатки» — можно было бы искать в тонких особенностях реликтового излучения или в специфических паттернах гравитационных волн, порожденных в момент коллапса, приведшего к рождению новой вселенной.

Однако не стоит ждать быстрых ответов. Поплавский проводит аналогию с гравитационными волнами: Эйнштейн предсказал их в 1915 году, но детектировать их удалось лишь сто лет спустя, в 2015-м. Подобным образом и головоломка сингулярности может потребовать еще целого столетия для своего решения. Это означает, что истинная природа того, что скрывается в недрах черной дыры, возможно, останется тайной вплоть до XXII века.

Пока одни физики, подобно Поплавскому, ищут ответы в космологии и квантовой гравитации, другие исследуют альтернативные пути. Одно из перспективных направлений — теория струн, которая естественным образом включает дополнительные измерения и предлагает свои модели «размытия» сингулярности, заменяя точку крошечными вибрирующими струнами или бранами.

Другое направление — петлевая квантовая гравитация, где дискретная природа пространства-время на микроуровне сама по себе предотвращает образование бесконечностей. Эксперименты на будущих гравитационно-волновых обсерваториях (таких как LISA) или даже поиск следов столкновений черных дыр в ранней Вселенной с помощью реликтового излучения (проекты типа CMB-S4) могут дать косвенные подсказки. Ясно одно: загадка центра черной дыры продолжает будоражить умы ученых, заставляя пересматривать самые фундаментальные представления о пространстве, времени и самой природе реальности.