Чёрные дыры, благодаря условной простоте своего устройства, позволяют нам проводить удивительные параллели между ними и другими разделами физики.
Например, группа исследователей показала, что особый вид частиц может существовать на орбитах вокруг пары чёрных дыр таким же образом, как электрон может существовать вокруг пары атомов водорода — первый пример «гравитационной молекулы».
Этот странный, пока ещё гипотетический объект может дать нам намёки на тождество тёмной материи и конечной природы пространства-времени.
Непаханое поле
Чтобы понять, как новое исследование [1] объясняет существование гравитационной молекулы, нам сначала нужно исследовать один из самых фундаментальных аспектов современной физики: поле.
Поле [2] — это математический инструмент, который говорит нам, что мы можем найти в той или иной точке Вселенной.
В физике, например, существуют векторные и тензорные поля, которые дают более одного числа для каждого места в пространстве-времени (к примеру, если перед вами карта скорости и направления ветра, вы смотрите на векторное поле). Скалярное же поле — математический способ дать одно число для одной точки пространства-времени. Именно его применили в данной работе.
Атомная энергетическая пара
Ещё в середине 20-го века, во время расцвета физики, учёные поняли, что концепция поля, считавшаяся математиками на тот момент уже устаревшей, на самом деле описывает нечто сверхосновательное о внутренней работе реальности. Они обнаружили, что всё во Вселенной на самом деле является тем или иным полем.
Возьмем электрон. Из квантовой механики мы знаем, что довольно трудно точно определить, где он находится в конкретный момент. Так было до тех пор, пока не появилось поле.
В современной физике мы представляем электрон как поле (электронное облако [3]) — математическая модель, которая говорит нам, где мы, вероятно, обнаружим электрон при следующем этапе наблюдений.
В итоге, мы знаем, что электроны могут появляться только в определённых областях вокруг атомного ядра, что является основой всей химии (я сильно упрощаю, но вы понимаете, о чём речь).
А теперь о чёрных дырах и вселенных высшего порядка
В атомной физике элементарную частицу (например, электрон) можно полностью описать тремя числами: её массой, спином и электрическим зарядом.
В гравитационной физике чёрную дыру можно полностью описать тремя числами: её массой, спином и электрическим зарядом. Ничего себе совпадение. Как минимум, мы можем использовать это сходство, чтобы лучше понять чёрные дыры.
Мы можем описать атом, как ядро, окружённое электронным полем (или облаком). Это электронное поле реагирует на присутствие ядра и позволяет электрону появляться только в определённых областях. Самым простым примером в этом смысле является двухатомная молекула водорода (H2).
Авторы исследования обнаружили, что скалярные поля могут существовать вокруг двойных чёрных дыр. Более того, они могут образовывать определённые паттерны, напоминающие то, как электронные поля располагаются в молекулах. Таким образом, поведение скалярных полей в этом сценарии имитирует поведение электронов в двухатомных молекулах, отсюда и прозвище «гравитационные молекулы».
Чем это так интересно и полезно?
Начнём с того, что мы не понимаем природу тёмных материи и энергии. Вполне возможно, что они могут описываться одним или несколькими скалярными полями, как электроны описываются электронным полем.
Мы научились фиксировать гравитационные волны. Двойные чёрные дыры, рано или поздно, сливаются в одну. Во время этого слияния они испускают сильные гравитационные волны (что мы уже фиксировали).
Эти скалярные поля тёмной материи будут влиять на гравитационные волны, испускаемые во время таких столкновений, фильтруя, отклоняя и изменяя их форму.
Это означает, что мы могли бы обнаружить этот вид тёмной материи, повысив чувствительность в существующих детекторах гравитационных волн. Таким образом, если эта гипотеза подтвердится, мы уже довольно скоро сможем подтвердить существование гравитационных молекул и через них открыть окно в скрытый тёмный сектор нашей Вселенной, которая в этом смысле окажется каким-то макромиром, что совсем уж на грани фантастики, из-за чего не может не будоражить сознание.
1. Исследование о «гравитационных молекулах».
2. Поле (физика).
Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.