Ученым еще предстоит прийти к единому мнению, являются ли черные дыры массивными трехмерными объектами или просто двумерными поверхностями, спроецированными в трех измерениях, как голограммы.
Недавно опубликованное амбициозное исследование поддерживает вторую гипотезу. Ученые сделали новый расчет энтропии в черных дырах, который подтверждает возможность того, что эти гигантские загадки Вселенной — всего лишь оптическая иллюзия.
Гипотеза голографической вселенной
Вселенной нужны только два измерения, чтобы гравитация и законы физики работали. Это может показаться безумием, но это разрешает серьезные противоречия между теорией относительности Эйнштейна и квантовой механикой. Например, информационный парадокс — «из черной дыры ничего не может ускользнуть, но материя никогда не может быть полностью уничтожена».
Ученые добились больших успехов в согласовании результатов гравитационных явлений с поведением квантовых частиц, используя только два пространственных измерения.
Группа ученых во главе с физиком Даниэлем Прачетти из Института теоретической физики им. Макса Планка в Германии опубликовала новый расчет количества энтропии в черной дыре. Расчеты подтверждают описанный выше сценарий. Ученые сосредоточились на энтропии — или степени беспорядка. В прошлом Стивен Хокинг заявил, что энтропия черной дыры должна быть пропорциональна ее площади, а не объему, и эта идея породила первые гипотезы о том, что черные дыры могут быть голограммами.
«Хотя в научном сообществе существует консенсус в отношении того, что черные дыры должны обладать энтропией, иначе их существование нарушит второй закон термодинамики, нет единого мнения о происхождении этой энтропии или о том, как рассчитать ее значение».
Прачетти и его коллеги используют теоретический подход, известный как «петлевая квантовая гравитация.
Квантовая гравитация описывает силу гравитации в соответствии с принципами квантовой механики. Ткань пространства-времени состоит из крошечных элементов, известных как кванты — мы можем думать о них как об «атомах» пространства-времени. Скопление этих квантов называются конденсатами. Ученые обнаружили, что точно так же, как стакан с водой, наполненный атомами, из которых состоят молекулы воды, черная дыра, полная конденсата, будет обладать теми же свойствами. Их поведение можно определить, исследуя свойства только одного из них.
Это означает, что мы не можем увидеть или измерить то, что находится за горизонтом событий черной дыры — и, следовательно, ее энтропию — но это не имеет значения, потому что коллективные свойства ее «атомов» могут быть измерены описанным выше способом.
Прачетти и его команда создали модель, которая показывает, что трехмерная природа черных дыр может быть просто иллюзией — вся информация в черной дыре теоретически может содержаться на одной двумерной поверхности. Это может объяснить, почему энтропия больше связана с площадью поверхности, чем с объемом.