Модель показывает, что квантовые эффекты приводят к образованию горизонта событий вокруг голографической сингулярности, скрывая её от наблюдения.
В 1965 году британский математик Роджер Пенроуз выдвинул гипотезу о космической цензуре — концепцию, согласно которой сингулярности — области, где гравитация настолько сильна, что ткань пространства-времени разрывается, — невозможно увидеть, поскольку они остаются скрытыми за горизонтом событий чёрных дыр.
Пенроуз получил Нобелевскую премию 2020 года за работу, в которой он описал сингулярности как уникальные точки в пространстве-времени, где классические законы физики, такие как общая теория относительности, не работают.
Однако, несмотря на то, что описание сингулярностей чёрных дыр, данное Пенроузом, пользуется большим уважением и признанием среди физиков, до сих пор не было математических доказательств гипотезы о космической цензуре.
Наконец, исследование выявило новую модель, которая обеспечивает прочную математическую основу для понимания скрытой природы сингулярностей в квантовых чЁрных дырах. Авторы исследования предполагают, что их открытия могут помочь разгадать многие тайны, связанные с квантовой гравитацией.
Расшифровка квантовой космической цензуры
В отличие от классических чёрных дыр, квантовые чёрные дыры — это крошечные субатомные структуры, которые подчиняются правилам как квантовой механики, так и общей теории относительности. В то время как обычные чёрные дыры образуются в результате коллапса массивных звёзд, квантовые чёрные дыры могут быть созданы в ускорителе частиц, таком как Большой адронный коллайдер.
Однако учёные нашли убедительные доказательства, указывающие на присутствие классических чёрных дыр во Вселенной, в то время как квантовые чёрные дыры по сей день остаются теоретической концепцией.
Учитывая их теоретическую природу, авторы исследования разработали модель, которая проверяет, остаются ли сингулярности квантовых черных дыр экранированными, когда с ними взаимодействует квантовая материя. В этой модели используется гравитационная голография - подход, который помогает ученым понять влияние гравитации в экстремальных условиях, таких как те, что находятся внутри черной дыры.
Используя метод голографии, информацию о чёрной дыре можно закодировать на её границе (горизонте событий), подобно тому, как голограмма содержит трёхмерную информацию в двумерном изображении.
Результаты моделирования показывают, что при введении квантовой материи в геометрию пространства-времени из-за квантового эффекта вокруг голографической сингулярности образуется горизонт событий, полностью скрывающий её от наблюдения.
Поскольку этот эффект наблюдается на квантовом уровне, его называют квантовой космической цензурой. «Этот процесс — квантовые эффекты, изменяющие исходную классическую геометрию, чтобы скрыть сингулярность, — интуитивно отражает дух космической цензуры, но это исключительно квантовый эффект. Поэтому его называют «квантовой» космической цензурой», — сказал Эндрю Свеско, один из авторов исследования и научный сотрудник Королевского колледжа в Лондоне.
Испытательный стенд для квантовой гравитации
Хотя учёным ещё предстоит предоставить математические доказательства космической цензуры в классической физике, новая модель станет важным шагом в этом направлении. Кроме того, она поможет учёным разобраться в таких концепциях, как квантовая гравитация.
«Устранение сингулярностей чёрных дыр по-прежнему является главной целью квантовой гравитации. Таким образом, тщательное изучение того, как ведут себя такие понятия, как космическая цензура и неравенство Пенроуза, при учёте квантовых эффектов, дополняет список критериев, которые можно использовать для дальнейшего развития квантовой гравитации», — добавил Свеско.
Более того, помимо космической цензуры, новая модель также позволяет понять энтропию чёрных дыр, то есть степень случайности в чёрных дырах. Будем надеяться, что эта модель поможет нам глубже изучить многие другие захватывающие свойства чёрных дыр.