В квантовой теории точечных частиц фундаментальной величиной является корреляционная функция, которая измеряет вероятность распространения частицы из одной точки в другую. У корреляционной функции появляются особенности, когда две точки соединяются светоподобными траекториями. В плоском пространстве-времени есть такая уникальная траектория, но когда пространство-время искривлено, может быть много светоподобных траекторий, соединяющих две точки. Это результат гравитационного линзирования, которое описывает влияние криволинейной геометрии на распространение света.
В случае пространства-времени черной дыры есть светоподобные траектории, несколько раз обвивающие черную дыру, в результате чего образуется фотонная сфера черной дыры, как видно на недавних изображениях сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87.
На изображении запечатлена тень черной дыры и ее фотонная сфера, а также окружающее ее световое кольцо. Фотонная сфера может возникать в области черной дыры, где свет, попадающий в горизонтальном направлении, может быть вынужден гравитацией перемещаться по различным орбитам. Эти орбиты приводят к особенностям вышеупомянутой корреляционной функции.
Однако бывают случаи, когда особенности, порождаемые траекториями, многократно наматывающимися вокруг черной дыры, противоречат физическим ожиданиям. Ученые показали, что такие особенности разрешаются в теории струн.
В теории струн каждая частица рассматривается как определенное возбужденное состояние струны. Когда частица движется по почти светоподобной траектории вокруг черной дыры, искривление пространства-времени приводит к приливным силам, которые растягивают струну.
Если учесть эти эффекты, то сингулярности исчезают в соответствии с физическими ожиданиями. Результат свидетельствует о том, что последовательная квантовая гравитация должна содержать протяженные объекты, такие как струны.
Спасибо за внимание