Пустота космоса — не просто безжизненная пропасть, а бурлящий океан скрытых структур. Ученые предполагают, что в ткани пространства-времени могут существовать загадочные объекты — виртуальные черные дыры. Они не только бросают вызов теории Эйнштейна, но и способны раскрыть тайну темной энергии — гипотетической силы, которая ускоряет расширение Вселенной. Однако до сих пор никто из ученых не знает, что именно из себя представляет эта сила. Авторы нового исследования предложили необычное объяснение: темная энергия рождается из скрытого мира виртуальных черных дыр, которые пронизывают ткань пространства-времени. Эти объекты могут переписать законы гравитации и раскрыть тайну квантового вакуума, а еще переписать фундаментальных законов физики.
В 1998 году группа астрономов в числе американцев Сола Перлмуттера и Адама Рисса, а также австралийца Брайана Шмидта обнаружила, что Вселенная расширяется с ускорением. Это открытие принесло ученым Нобелевскую премию, но породило вопрос: что за сила расталкивает галактики?
Та же команда астрономов выдвинула идею, что причина ускорения — гипотетическая сила, которую впоследствии назвали «темной энергией». Предположительно, она составляет 68 процентов всей энергии Вселенной, но ее природа до сих пор остается неизвестной. Общая теория относительности Эйнштейна не могла объяснить этот феномен. Ученые начали искать ответы в квантовой физике, черных дырах и даже в природе пустоты.
Пустота космоса — не просто «ничто». Согласно квантовой механике, вакуум кишит виртуальными частицами. Они возникают из флуктуаций квантовых полей благодаря принципу неопределенности Гейзенберга: энергия может спонтанно появляться на короткое время, создавая пары частица-античастица. Эти пары мгновенно аннигилируют (реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных), но при этом их влияние реально.
Для понимания. Представьте, что вакуум — это озеро, которое кажется спокойным, но на самом деле в нем постоянно возникают и лопаются крошечные пузырьки. Эти «пузырьки» — пары частиц (например, электрон и его антипод, позитрон). Они появляются из ниоткуда на доли секунды и тут же сталкиваются, исчезая.
Если поставить две металлические пластины очень близко друг к другу в вакууме, между ними поместится меньше таких «пузырьков», чем снаружи. Внешние пузырьки давят сильнее — пластины притягиваются. Это эффект Казимира, который подтвержден экспериментально. Даже мимолетное существование частиц оставляет след в реальном мире — как рябь на воде от исчезнувшего пузырька.
Но виртуальные частицы — лишь верхушка айсберга. Теория струн предполагает, что в вакууме могут рождаться и исчезать не только частицы, но и целые объекты — виртуальные черные дыры.
Черные дыры Эйнштейна vs. Фаззболы: революция в теории струн
Согласно общей теории относительности, черная дыра — это сингулярность (точка бесконечной плотности), окруженная горизонтом событий. Но такая модель порождает парадоксы. Эйнштейн утверждал, что любая информация, падая в черную дыру, исчезает полностью. Однако квантовая механика не допускает ее полного уничтожения.
Если бросить в черную дыру, например, книгу, по Эйнштейну, она исчезнет навсегда в сингулярности. Но квантовые законы говорят: информация (например, текст в книге) не может просто пропасть. Даже если вы сожжете книгу, информация останется в дыме и пепле.
В 1997 году физик Самир Матур предложил решение: черные дыры — это не сингулярности, а фаззболы — клубки струн, заполняющие весь объем внутри горизонта событий. Фаззболы имеют сложную структуру, напоминающую трехмерную паутину, где каждая струна вибрирует в уникальном режиме.
Согласно Матуру, фаззболы хранят информацию в своей структуре, решая парадокс Хокинга. Их поверхность излучает частицы (аналог излучения Хокинга), сохраняя данные о поглощенной материи. Но как коллапсирующая звезда превращается в фаззбол? Ответ кроется в квантовых свойствах вакуума.
Виртуальные черные дыры: скрытые узлы пространства-времени
Теория струн предсказывает, что вакуум заполнен не только частицами, но и виртуальными фаззболами — черными дырами всех размеров, которые рождаются и исчезают за доли секунды. Эти объекты создают сеть квантовых связей, пронизывающих пространство-время.
Как это работает:
- При коллапсе звезды пространство-время растягивается.
- Виртуальные фаззболы пытаются синхронизировать свои состояния через квантовые корреляции.
- Из-за сверхбыстрого растяжения сигналы не успевают передаваться со скоростью света — связи рвутся.
- Пространство «ломается», превращаясь в фаззбол вместо сингулярности.
Этот же механизм работает в масштабах Вселенной. На огромных расстояниях виртуальные фаззболы не успевают обмениваться информацией из-за ускоренного расширения. Это создает дополнительную энергию вакуума — темную энергию.
Темная энергия: математика против загадки
В 2022 году Самир Матур опубликовал расчеты, связывающие виртуальные фаззболы с темной энергией. Вот ключевые выводы его работы:
- Чем быстрее расширяется Вселенная, тем слабее корреляции между виртуальными фаззболами.
- Нарушение связей высвобождает энергию, которая действует как антигравитация, ускоряя расширение.
- Энергия, предсказанная моделью, совпадает с наблюдаемыми значениями темной энергии (∼10⁻⁹ Дж/м³).
Подтверждающие факты:
- Напряжение Хаббла — расхождение в скорости расширения Вселенной — можно объяснить всплеском темной энергии при переходе от радиационной эры к пылевой (50 тыс. лет после Большого взрыва). В этот момент расширение ускорилось, что нарушило корреляции виртуальных фаззболов.
- DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) — проект, который с 2021 года составляет 3D-карту галактик. Первые данные показывают, что темная энергия могла менять свою силу со временем, что согласуется с теорией виртуальных черных дыр.
Эксперименты: как поймать призраков вакуума
- Гравитационные волны. Столкновения черных дыр должны оставлять «эхо» — сигналы, которые можно зарегистрировать, если внутри дыр есть фаззболы, а не сингулярности.
- Квантовые компьютеры. Ученые из Google Quantum AI моделируют аналоги фаззболов в квантовых системах, чтобы проверить их стабильность.
- Ускорители частиц. Эксперименты на БАК (ЦЕРН) ищут следы микроскопических черных дыр, которые могли бы подтвердить теорию струн.
Post Scriptum
Темная энергия, виртуальные частицы и виртуальные черные дыры — звенья одной цепи. Если теория виртуальных фаззболов подтвердится, это перевернет физику:
- Исчезнет граница между квантовым миром и космосом.
- Темная энергия станет не «заплаткой» для уравнений, а естественным следствием квантового вакуума.
- Человечество приблизится к созданию теории всего, объединяющей гравитацию и квантовую механику.
Пока это лишь гипотеза, но наука никогда не стояла так близко к разгадке величайшей тайны Вселенной.
-----
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости