Как только достигается определенный критический порог, скопление материи просто сжимается и сокращается до бесконечно малой точки. Эта бесконечно малая точка известна как сингулярность и окружена поверхностью, известной как горизонт событий, где гравитация внутрь превышает скорость света.
Конечно, бесконечно крошечной точки не существует, поэтому эта картина кажется неправильной. Но в середине 20 века астрономы начали открывать объекты, которые выглядели как черные дыры и действовали как черные дыры.
Несмотря на невозможность, они были там, плавая во Вселенной. И это не единственная проблема. В 1976 году физик Стивен Хокинг понял, что черные дыры не совсем черные. Из-за странности квантовой механики черные дыры медленно испаряются.
Это приводит к парадоксу: вся информация, попадающая в черную дыру, заперта внутри. Итак, когда черная дыра в конечном итоге испаряется, что происходит со всей этой информацией.
На протяжении десятилетий физики-теоретики упорно трудились, чтобы найти что-нибудь - что угодно - объяснить черные дыры. Что-то, что объясняет информационный парадокс.
Среди этих теоретиков есть те, кто работает над теорией струн, которая представляет собой модель Вселенной, которая заменяет все частицы и силы, которые мы знаем, субатомными вибрирующими струнами.
В теории струн эти струны являются основными составляющими вещества во Вселенной, но мы не можем рассматривать их как струны, потому что они чрезвычайно малы.
Теория струн претендует на то, чтобы быть теорией всего, способной объяснить каждый вид частиц, все виды сил и в основном все во Вселенной. Итак, теория струн должна уметь объяснять необъяснимое: она должна уметь заменять черные дыры чем-то менее пугающим.
Действительно, теоретики струн предложили менее грозную замену черным дырам. Их называют шарами. В теории струн черные дыры не являются ни черными, ни дырами.
Вместо этого лучшая метафора для объяснения того, что это такое, - это посмотреть на другой компактный и странный объект во Вселенной: нейтронные звезды.
Нейтронные звезды возникают, когда объекту не хватает силы тяжести для сжатия в то, что мы называем черной дырой. Внутри нейтронной звезды вещество сжато до максимально возможного состояния.
Нейтроны - одна из основных составляющих атомов, но обычно они играют вместе с другими частицами, такими как протоны и электроны. Но в нейтронной звезде такая атомная дружба распадается и растворяется, оставляя после себя только нейтроны, упакованные как можно плотнее.
В шариках из струн основные струны перестают работать вместе и просто сжимаются, превращаясь в большой клубок струн . Они не являются полностью уточненными даже в теории, потому что, как бы убедительно ни звучала теория струн, никому никогда не удавалось придумать для нее полное математическое решение - и поэтому шарики не только размыты в физической реальности, но и являются нечеткими математически.
Тем не менее, мы, возможно, сможем найти их в предстоящих исследованиях, как описано в статье, опубликованной 27 октября в допечатном журнале arXiv. Прямо сейчас мы движемся в прошлое, доказывая существование черных дыр и исследуя детали их поведения, и наш лучший способ сделать это - с помощью гравитационных волн.
Когда черные дыры сталкиваются и сливаются, они испускают цунами гравитационных волн, которые пронизывают космос и в конечном итоге достигают наших датчиков на Земле. Несмотря на все десятки слияний черных дыр, свидетелями которых мы были до сих пор, сигнатура гравитационной волны - это именно то, что предсказывает общая теория относительности для черных дыр.
Но будущие инструменты, такие как обсерватория современных гравитационных лазерных интерферометров (LIGO) и космическая антенна лазерного интерферометра (предлагаемый детектор космических гравитационных волн), могут иметь чувствительность, позволяющую различать обычные черные дыры и струнные шары. Проблема в том, что разные модели струнных шаров предсказывают разные отклонения от стандартного поведения черной дыры.
Если бы стало возможным найти доказательства существования шариков из струн, это не просто ответило бы на вопрос, что такое черные дыры на самом деле; это раскрыло бы некоторые из самых глубоких тайн, лежащих в основе природы.