Книга: 100 великих тайн Вселенной

«Память» черных дыр

«Память» черных дыр

В отношении черных дыр долгое время в научных кругах преобладало мнение, что эти, наверное, самые загадочные, объекты во Вселенной ничем друг от друга не отличаются, то есть говоря человеческим языком, все они на одно лицо.

Однако исследования, проведенные в начале третьего тысячелетия американскими учеными, это устоявшееся представление о черных дырах полностью опровергли. Оказалось, они почти так же уникальны, как люди. Более того, их можно не только различить, но также выяснить их долгую «биографию», то есть то, что происходило с ними в далеком прошлом. Конечно, лишь теоретически.

Такие любопытные данные о черных дырах получила группа американских астрофизиков, возглавляемая профессором Самиром Матуром. Эти исследователи разработали новую теорию строения черных дыр, которая, как считают ученые, позволит разрешить давнюю проблему физики: так называемый информационный парадокс.

Суть же этого парадокса состоит в следующем. В соответствии с общепринятой моделью черной дыры, причем абсолютно неважно, из чего она была построена и в какой пропорции — из протонов или электронов, из газа, планет или звезд, — колоссальная гравитация превращает весь этот материал в абсолютно однородную структуру.

Из этого в свою очередь следовало, что внутренняя структура всех черных дыр практически одинакова. Отличаются же они друг от друга лишь своими гигантскими массами и диаметром горизонта событий, в пределах которого вырваться из смерча черной дыры ничто уже не в состоянии.

Профессор Самир Матур доказал, что черные дыры не обезличены, а уникальны и неповторимы

Ранее в соответствии с расчетами знаменитого физика Стивена Хокинга, получалось, что оказавшаяся в черной дыре частица никакого влияния на нее не оказывает. Единственное, что она может сделать, — увеличить массу этого космического монстра.

Но в этой теории ученые обнаружили один существенный недостаток: она противоречила одному из законов квантовой механики — закону обратимости, который гласит, что теоретические вычисления должны объяснить не только процесс, связанный с образованием черной дыры, но и вернуться к тем первоначальным условиям, которые этот механизм образования «включили».

Это значило, что если принять за основу построения Хокинга, из которых следовало, что все черные дыры одинаковы, то даже теоретически нельзя было проследить «историю» хотя бы одной из них к ее уникальному началу. То есть любая информация о частицах, которые создали черную дыру, терялась в ней навсегда.

Именно в таком положении вещей Матур однажды усомнился. И, чтобы опровергнуть эту концепцию, он воспользовался широко известной в настоящее время теорией струн, которая предполагает, что все фундаментальные частицы состоят из объектов, именуемых струнами.

В соответствии с существующими теоретическими построениями струны могут вести себя самым разным образом: они могут переплетаться, свиваться в кольца, формировать спирали. Мы же в нашем масштабе воспринимаем эти комбинации струн как частицы, составляющие мир.

Так вот, Матур попытался вычислить, как будут вести себя струны, объединенные в очень массивный и протяженный объект, своего рода гигантскую «элементарную частицу». Чтобы решить эту грандиозную задачу, физик потратил несколько лет. Причем работал он над ней не сам, а в группе с несколькими учеными из разных стран.

В ходе этого исследования было установлено, что струны могут образовывать довольно сложную упругую и эластичную структуру гигантской протяженности. При этом, постепенно увеличивая массу вещества в своей теоретической структуре, Матур в конце концов «создал» черную дыру. И что самое любопытное в модели Матура, по диаметру теоретическая «черная дыра» в точности соответствовала поперечнику горизонта событий для черной дыры той же массы, но рассчитанной по классической модели.

Новую структуру черной дыры ученые назвали «Пушистый клубок». При этом, как показали дальнейшие расчеты, в разных черных дырах этот клубок может иметь самые разнообразные формы: как цветы на лугу или листья на дереве. Таким образом, профессор Матур доказал, что черные дыры не обезличены, а на самом деле уникальны и неповторимы. Отсюда и разрешение «информационного парадокса», который, кстати, в 2000 году под номером восемь был включен в десятку основных проблем физики третьего тысячелетия.

Итак, в черных дырах ничего не исчезает бесследно, и в запутанном переплетении струн остается информация о частицах, породивших эту загадочную структуру Вселенной.