Ученые на шаг приблизились к разгадке природы черных дыр, используя квантовые вычисления. Черные дыры — области с такой плотностью, что ничто, включая свет, не может покинуть их пределы. Их масса искривляет так называемое пространство-время, создавая гравитационное поле, влияющее на движение частиц.
Согласно голографическому принципу, черная дыра, существующая в трех измерениях, может быть проекцией частиц в двух. Эта концепция помогает объяснить поведение Вселенной в экстремальных условиях.
Энрико Ринальди и его коллеги исследуют, как квантовые компьютеры могут помочь понять эту голографическую двойственность. Они сосредоточены на вычислении низкоэнергетических состояний квантовых матричных моделей, таких особых математических конструкций.
Ринальди отмечает, что, изучая свойства теории частиц через численные эксперименты, можно получить представление о гравитации. Поиск ответов на многие вопросы в этой области по-прежнему считается сложной задачей, поэтому компьютеры существенно помогают исследователям. Например, так им удалось понять, из чего состоит ядро черной дыры.
Оказалось, что в самом центре находится сингулярность, точка, где гравитация настолько интенсивна, что пространство-время бесконечно искривляется, а законы физики, какими мы их знаем, нарушаются.
Еще один немаловажный элемент горизонт событий — это «точка невозврата». Как только свет или любой объект пересекает эту границу, оно больше не может избежать гравитационного притяжения черной дыры. Именно горизонт событий определяет размер черной дыры.
Фотонная сфера расположена сразу за горизонтом событий, — это область, где свет может вращаться вокруг черной дыры из-за ее экстремальной гравитации. Частицы света фотоны недолго вращаются вокруг черной дыры, прежде чем вырвутся либо будут затянуты внутрь.
Многие черные дыры окружены аккреционным диском, таким вращающимся кольцом газа, пыли и другой материи, которое движется по спирали к горизонту событий. Интенсивное трение в диске нагревает материал, заставляя его светиться, из-за чего явление становится заметно различным космическим аппаратам.
Во вращающихся черных дырах также есть дополнительная область, называемая эргосферой. В ней пространство-время увлекается вращением черной дыры. Объекты попавшие внутрь все еще могут избежать гравитации, если они получат достаточно энергии.
Квантовые вычисления открывают новые возможности в изучении черных дыр и фундаментальных законов Вселенной. По мере развития этих технологий ученые надеются получить более глубокое понимание природы реальности и решить давние загадки космоса.
Недавно мы писали о том, чем питаются черные дыры.