Для тех, кто недоумевает, откуда взялся такой вопрос, хочу немного пояснить: черная дыра — это не объект, до краев наполненный материей или частицами, а просто область пространства-времени, куда материя (даже антиматерия) попадает, теряясь навсегда. Поэтому уместно спросить: если внутри черной дыры материи нет, откуда берется масса? И где она, собственно, находится?
Есть простой ответ из теории относительности:
Масса в черной дыре не хранится в едином физическом контейнере или области, подобно тому, как это делают обычные объекты. Вместо этого «масса» относится к сохраняющимся величинам пространства-времени — энергии, импульсу и их гравитационному эффекту, — закодированным в геометрии пространства-времени.
Чтобы понять это, представьте, что вы медленно сжимаете тяжелую звезду, сохраняя при этом ее общую массу.
Когда звезда проходит свой радиус Шварцшильда она коллапсирует. При этом ее масса остается неизменной, но внутри горизонта событий материя исчезает, а искривление пространства-времени сохраняется.
Таким образом, по сути, масса черной дыры «хранится» в геометрии самого пространства-времени.
На этом можно было бы закончить, но, похоже, придется кое-что пояснить.
Когда я сказал, что черная дыры не содержит материю/частицы, я имел в виду, что материя не остается материей внутри черной дыры.
Другими словами, те процессы, которые делают материю «материей», то есть взаимодействия полей, которые придают частицам их идентичность, — больше не действуют внутри прежним образом.
Материя состоит не просто из крошечных шариков «вещества». Фундаментальные частицы представляют собой возбуждения энергии в соответствующих полях. Например, электрон — это возбуждение в электронном поле. Протон — это комбинация кварков (которые сами по себе являются возбуждениями в кварковом поле), связанных вместе глюонным полем.
Теперь, когда материя, состоящая из этих взаимодействующих полей, попадает в горизонт событий, приливные силы ЧД становятся намного сильнее электромагнитных.
Таким образом, ни одно твердое тело не может оставаться твердым внутри черной дыры, поскольку ковалентные связи, которые являются просто электромагнитными взаимодействиями, значительно слабее гравитационных градиентов.
Поэтому забудьте о твердых телах. Даже если их измельчить до состояния кварков, процесс на этом не остановится.
Большинство физиков полагают, что перед достижением истинной бесконечной плотности квантовые гравитационные эффекты берут верх, предотвращая возникновение сингулярности.
И вместо того, чтобы кварки «разрушились в ничто», может произойти нечто другое.
Кварки могут слиться в квантовое состояние пространства-времени планковского масштаба. В некоторых моделях это называется звездой Планка — областью чрезвычайно сжатой квантовой геометрии.
Другие предполагают, что кварки растворяются в квантовой пене, где пространство-время резко флуктуирует, а обычные частицы больше не существуют.
Возможно, это звучит несколько запутано, но вот что известно точно:
Кварки не могут существовать как отдельные сущности глубоко внутри черной дыры.
Энергия и масса, которые они представляют, по-прежнему сохраняются (закон сохранения массы и энергии выполняется в глобальном масштабе).
Но эта информация становится частью искривления пространства-времени, а не идентифицируемых частиц.
Таким образом, масса черной дыры — это не вещество в контейнере, а свойство самого пространства‑времени, порожденное его искривлением.