Черные дыры, пожалуй, самые загадочные объекты во Вселенной, о них снимают фильмы, пишут книги, вокруг них строят смелые гипотезы, но главный вопрос до сих пор остаётся открытым, что же внутри? Там абсолютная пустота, бесконечно сжатая материя или, может быть, вход в иную вселенную?
Устройство черной дыры
Прежде чем обсуждать черные дыры, разберемся, что это вообще такое. Черная дыра - это особая область пространства, где сила притяжения настолько большая, что ни один объект не может выбраться наружу, даже лучик света, именно поэтому она и называется черной, мы не можем увидеть, что происходит внутри.
У такой области есть граница, ее называют горизонтом событий, это, так называемая, точка невозврата, потому что все, что пересекает эту границу, уже не выйдет обратно, и для внешнего наблюдателя объект, улетевший за горизонт исчезает навсегда.
Физики описывают чёрные дыры с помощью общей теории относительности Эйнштейна, так получается, что по ее уравнениям, если массу сжать в очень маленький объем, пространство искривится настолько сильно, что образуется черная дыра. В центре уравнения предсказывают наличие сингулярности, то есть точки, где плотность материи и искривление пространства становятся бесконечными, но бесконечность в физике это не решение, а знак проблемы, получается так, что там, где теория выводит бесконечность, значит, что наши знания заканчиваются, поэтому вопрос о том, что реально находится в центре черной дыры, остаётся открытым.
Внутри точно не пустота
Иногда чёрные дыры в поп-культуре изображают как дырку в пространстве, куда всё падает и пропадает, но на самом деле всё иначе. Черная дыра это не пустота, а объект с массой, и это доказано множеством наблюдений. Мы знаем, что в центре нашей галактике есть сверхмассивная чёрная дыра под названием Стрелец A, учёные вычислили её существование, наблюдая за движением звёзд вокруг невидимой и непонятной точки.
Может ли там быть мост в другую Вселенную?
С середины XX века учёные начали строить гипотезы о, так называемых, кротовых норах, туннелях, которые соединяют разные точки пространства-времени. В математических решениях уравнений Эйнштейна действительно можно найти такие "мосты", есть даже идея, что внутренняя часть чёрной дыры может вести в другую область Вселенной или даже в другую Вселенную, в научной фантастике это используется как готовый сюжет, считай прыгнул в чёрную дыру и оказался в новом мире.
Проблема всего этого в том, что такие конструкции крайне нестабильны, малейшее возмущение разрушает туннель быстрее, чем успеет пройти частица или сигнал, чтобы кротовая нора работала, нужна экзотическая материя с отрицательной энергией, теоретически её существование не запрещено, но пока никто её не обнаружил. Так что мосты в другие миры остаются красивой гипотезой, а не проверенным фактом.
Квантовая механика и теория относительности
Когда дело доходит до черных дыр, квантовая теория вступает в противоречие с общей теорией относительности, в основе спора лежит так называемый парадокс информации, с точки зрения квантовой механики информация о состоянии материи не может пропасть, но если вещество падает в черную дыру и остаётся там навсегда, информация о веществе пропадает, и это нарушает фундаментальный принцип физики.
В 1970 г. Стивен Хокинг предложил решение этому, что чёрные дыры излучают, так называемое, излучение Хокинга, оно связано с квантовыми флуктуациями на границе горизонта событий. По этой идее, чёрная дыра может испаряться и со временем исчезать, но тогда у нас возникает вопрос, куда же все таки девается информация о том, что упало внутрь? Здесь одни учёные считают, что она вшита, в самом излучении Хокинга, другие предполагают, что информация хранится на поверхности горизонта событий, как бы размазывается по нему.
Общая теория относительности утверждает, что в центре чёрной дыры должна быть сингулярность, там кривизна пространства и плотность материи становятся бесконечными, но учёные понимают, что в реальной физике бесконечностей не бывает. Многие физики считают, что сингулярность это признак того, что общая теория относительности перестаёт работать на сверхмалых масштабах, и чтобы описать, что действительно происходит внутри, нужна новая теория, которая объединит общую теорию относительности и квантовую механику, но пока такой теории нет, но её активно ищут.
Итог
Черные дыры это не пустота и не конец всего, это реальные объекты с огромной массой, мы умеем наблюдать их влияние на звёзды и галактики, умеем строить гипотезы о том, что внутри, но пока не можем найти окончательного ответа. Возможно, однажды мы с вами узнаем, скрывают ли черные дыры внутри себя сжатую материю или все таки ведут к новым мирам.
Подписывайтесь, оставляйте комментарии и делитесь своими идеями!