Это очень интересная и глубокая гипотеза, которая периодически возникает в теоретической физике и космологии. Она не является общепринятой научной теорией, но и не опровергнута полностью.
Гипотеза предполагает, что наша наблюдаемая Вселенная целиком находится внутри черной дыры, которая, в свою очередь, является частью нашей, "родительской" вселенной.
Почему эта идея кажется привлекательной
1. Сингулярность и Большой Взрыв: В центре черной дыры, согласно Общей Теории Относительности (ОТО), находится точка бесконечной плотности — сингулярность. Большой Взрыв, с которого началась наша Вселенная, также описывается как сингулярность. Это формальное сходство наводит на мысль, что Большой Взрыв мог быть рождением новой вселенной внутри черной дыры.
2. Космологический горизонт и горизонт событий:
o У нашей Вселенной есть космологический горизонт — граница, дальше которой мы не можем увидеть из-за конечного возраста Вселенной и скорости света.
o У черной дыры есть горизонт событий — граница, из-за которой ничто не может выйти.
Эти два понятия математически очень похожи. Для наблюдателя внутри черной дыры ее горизонт событий будет выглядеть как бесконечно удаленный и расширяющийся горизонт, очень напоминающий нашу Вселенную.
3. Проблема информации: Один из главных парадоксов черных дыр — что происходит с информацией о веществе, которое в них падает. Гипотеза "вселенной внутри черной дыры" предлагает элегантное решение: информация не теряется, а становится частью новой, дочерней вселенной, законы физики которой могут быть определены этой информацией.
4. Плотность Вселенной: Интересное численное совпадение. Плотность нашей Вселенной (в среднем) примерно равна плотности черной дыры с массой всей нашей Вселены.
o Плотность черной дыры вычисляется по формуле: ρ ~ M / (R³), где R = 2GM/c² (радиус Шварцшильда).
o Если подставить массу нашей Вселенной M, то полученная плотность будет близка к критической плотности нашей Вселенной (~10⁻²⁹ г/см³).
Но имеются серьезные проблемы и контраргументы.
1. Классическая ОТО против квантовых эффектов: В сингулярности классическая ОТО перестает работать. Чтобы описать, что происходит на самом деле, нужна квантовая теория гравитации, которой у нас пока нет. Мы не знаем, реально ли "рождение" вселенной в сингулярности или это просто математический артефакт.
2. Вращение и заряд: Реальные черные дыры во Вселенной, скорее всего, имеют вращение (угловой момент) и заряд. Наша Вселенная, согласно наблюдениям, изотропна, однородна и имеет нулевой суммарный заряд. Непонятно, как вращающаяся заряженная черная дыра (решение Керра-Ньюмана) могла породить такую Вселенную, как наша.
3. Размерность: Горизонт событий черной дыры — это сфера (2D поверхность). Наш космологический горизонт — это также 2D поверхность, но мы живем в 3D-пространстве. Для полной аналогии нужны модели черных дыр в других измерениях, что еще сильнее уводит в область спекуляций.
4. Наблюдательные данные: У нас нет никаких экспериментальных данных, которые прямо указывали бы на то, что мы находимся внутри черной дыры. Стандартная космологическая модель (ΛCDM) прекрасно описывает эволюцию Вселенной от Большого Взрыва до наших дней без этой гипотезы.
5. Бесконечный регресс: Если наша Вселенная внутри черной дыры, которая находится в другой вселенной, то та вселенная тоже может быть внутри черной дыры, и так до бесконечности. Это логически возможно, но не очень удовлетворительно.
Идея не нова. Одним из первых ее высказал физик Джон Уилер (он же придумал термин "черная дыра"). Более детально ее развивал, например, Никодем Поплавский, который предлагал модель, где наша Вселенная находится внутри черной дыры Эйнштейна-Розена (моста Эйнштейна-Розена, или "кротовой норы").
Гипотеза о том, что наша Вселенная находится внутри черной дыры, — это захватывающая спекулятивная идея, которая пытается установить связь между двумя, казалось бы, разными явлениями: рождением Вселенной и коллапсом звезды.
Это не доказанная научная теория.
Это не общепринятая точка зрения.
Это плодотворная область для теоретических размышлений и, возможно, однажды, с развитием квантовой гравитации, мы сможем ее подтвердить или окончательно опровергнуть.
Пока же это красивая математическая аналогия, которая помогает физикам размышлять о самых фундаментальных вопросах мироздания.