Британский астрофизик выдвинул теорию о том, что черная дыра ведет в другую Вселенную.
По мнению астрофизика, черные дыры – это своего рода порталы, ведущие в иные Вселенные.
Он также опроверг теорию, что в черной дыре все исчезает бесследно и безвозвратно, если попадает туда.
В престижном научном журнале Physical Review Letters физик Стивен Хокинг совместно с двумя своими коллегами опубликовал соответствующую работу, которую цитирует The Independent.
Стивен Хокинг известен в научном мире, в первую очередь, гипотезой, что маленькие чёрные дыры теряют энергию и постепенно испаряются, испуская излучение Хокинга, названное так в честь своего первооткрывателя.
Без малого год назад учёный уже заявлял, что чёрные дыры могут представлять собой двери в альтернативную Вселенную, однако соответствующая научная работа придаёт этой теории, на первый взгляд кажущейся почти фантастической, определённый вес, пишет The Independent.
До того, как было предложено понятие «излучение Хокинга», многие учёные полагали, что всё, что попадает в чёрную дыру, исчезает в ней безвозвратно. Гипотетическое излучение Хокинга, позволившее изменить данное представление, в то же время подразумевает, почти вся информация о квантовом состоянии частиц в чёрных дырах, за исключением их массы, заряда и скорости вращения, теряется, что современным представлениям об устройстве мира не соответствует.
Новая теория позволяет разрешить этот парадокс, приняв допущение, что то, что попадает в чёрную дыру, покидает её, но уже в другой реальности - вероятно, в параллельной Вселенной. Однако пути назад у того, кто попадёт в другой мир с помощью чёрной дыры, по новой теории, уже не будет. «Поэтому, хоть я и с азартом отношусь к космическим полётам, лететь в чёрную дыру я не собираюсь», - сказал Хокинг, комментируя своё исследование.
Кроме того, физик уверен, что микроскопические черные дыры станут неограниченным источником энергии для человечества в будущем. По мнению Хокинга, исследователи могут случайно создать мироскопическую черную дыру уже сегодня на Большом адронном коллайдере. Пока такого не происходило, но Хокинг с нетерпением ждет это открытие. Он пошутил, что таким образом сможет рассчитывать на Нобелевскую премию по физике.
Недавно менее знаменитый ученый, Мартин Рис , высказал предположение, что одновременно с Большим взрывом, ознаменовавшим появление нашего мира, за его пределами могло произойти множество аналогичных событий, что привело к появлению так называемой Мультивселенной, включающей в себя огромное множество параллельных реальностей.
Ученый уверен, что часть поглощенной черными дырами информации будет просачиваться наружу в виде фотонов с почти нулевой энергией, остающихся на месте испаряющейся черной дыры. Это явление Хокинг назвал «мягкие волосы».
Они присутствуют во Вселенной в большом количестве, но из-за их сверхмалой энергии они не заметны, а считать с них информацию невозможно.
Согласно заявлениям астрофизика Стивена Хокинга, «черные дыры» более не космическая тюрьма для всего в них завлекаемого, как мы полагали ранее. Черные дыры, в самом деле могут быть рабочими порталами к соседним вселенным.
Во время лекции в театре Гарвардского университета, известный физик-теоретик Стивен Хокинг выставил на открытое обсуждение природу «черных дыр», ознаменованное стартом «Black Hole Initiative».
В идее ученого прозвучало стремление объединить изыскания многочисленных ученых и сосредоточиться на научной точке зрения исследований «чёрных дыр».
На протяжении десятилетий мы считали, что образования в космосе именуемые как «черные дыры» в действительности являются разрушительной тюрьмой для всего, что подходит к ним на дистанцию захвата.
Теперь, отношение к этим структурам космоса меняется самой наукой. То, о чем уже давно знают и говорят писатели фантастического жанра, ныне подтверждает профессор Хокинг: чёрные дыры действительно могут представлять межгалактические порталы, имеющие выход к другим мирам.
Во время лекции, которая проходила в театре Гарвардского университета, профессор Хокинг, осуществляющий руководство исследовательского Центра теоретической космологии в Кембриджском университете Англии, перед аудиторией более 1000 человек озвучил:
Черные дыры - это не вечные хранилища без доступа, как мы когда-то думали, напомнил ученый слушателям на этой неделе. «Все может выйти из черной дыры, как снаружи, так и возможно в другую вселенную» … Так что, если кто-то оказался пленен «чёрной дырой», то не отчаивайтесь, на другой стороне по идее есть выход.
Профессор Хокинг сравнил возвращение информации из «черной дыры» со сгоревшей энциклопедией, где согласно теории, информация не будет окончательно разрушенной и утраченной, хотя и будет довольно трудно ее расшифровать.
Эксперты теперь видят в «черных дырах» важное значение для звёздных систем, призывая объединить усилия ученых, изучающих редкостное космическое явление, которое в соответствии с мнением множества исследователей, могло бы помочь понять основные принципы работы Вселенной.
Более того, в рамках созревающей инициативы Гарварда по «черным дырам» (иногда называемым как « «) предлагается «вырастить» своего рода культуру учёных, заинтересованных в исследовании «черных дыр», — прокомментировал идею председатель Гарвардского отдела астрономии Ави Лоеб (Avi Loeb).
Помимо всего прочего, на лекции профессор Хокинг рассказал о недавнем обнаружении гравитационных волн, которые по мнению физика, при некоторых условиях составляют часть твердых доказательств, подтверждающих свежую идею в работе черных дыр.
Черная дыра — откроет вход в другие миры, но и напоит энергией планету
Профессор Хокинг является одним из немногих, кто понимает, как работает механизм «черной дыры», считавшийся гравитационной ловушкой пространства с чрезвычайно мощным сжатием. На самом деле, по словам известного астрофизика, мы могли бы использовать «миниатюрные» черные дыры для своей пользы, чтобы привести энергию на Землю.
Если эта энергия может быть взята под контроль, то мини-черные дыры могли бы обеспечить энергией весь нуждающийся в ней мир. Одна мини-черная дыра, как полагают, выделяет около 10 миллионов мегаватт, о чем Стивен Хокинг сказал в своей лекции на BBC Radio.
Замечания и предложения о «черных дырах» были сделаны профессором во время своей второй лекции. Но на самом деле, оказывается, получение энергии из черных «мини» дыр не самая большая загадка, ведь существует более серьезная проблема, то есть, как-бы эти образования пространства .
Теории, озвученные новаторским предложением профессора Хокинга в отношении «черных дыр» являются захватывающими, и в своей последней теории, профессор Хокинг утверждает, что «черные дыры» так называемых «мини объёмов», могут испускать рентгеновские лучи и гамма-лучи на ошеломляющей скорости в размере около 10 миллионов мегаватт.Согласно оценочных расчётов, этих сил достаточно, чтобы загрузить на планету массу электроэнергии, заканчивая не только нескончаемый спрос / предложение энергии, но и в свою очередь сделает нашу планету намного чище.
Да, согласен с теми читателями, кто сейчас задался вопросом: а в чем собственно свежесть теории? О том, что «чёрные дыры» вход, а «белые дыры» выход в другие миры, прозвучало в минувшем столетии, да и учёные ЦЕРНа работать в этой области стали далеко не вчера. Да, все это так. Но ведь ещё никто не предлагал подключать энерговоды к «чёрным дырам», не так ли?
— Кстати, два года назад, астрофизики «услышали» крики о помощи, которые пришли с окраин соседней к Млечному Пути галактики «Messier 86». Сигналы испускала умирающая звезда, пожираемая чёрной дырой. Жуткое событие в пространстве, и «крики боли» звезды были зафиксированы международной командой ученых, наблюдавших .
Специалисты, изучив полученную информацию выяснили, что необычайно высокая рентгеновская активность (тот самый крик)- не что иное, как сигналы кричащей звезды, которую буквально разодрало на кусочки, поглощаемые бездонной черной дырой.
Решение парадокса потери информации в черных дырах. Эта проблема многими учеными считается одной из самых важных в физике, поскольку связана с детерминированностью мира - тем, как прошлое, настоящее и будущее влияют друг на друга. «Лента.ру» рассказывает подробности исследования.
Сущность проблемы информационного парадокса черных дыр сводится к следующему. Согласно простейшей версии теоремы «об отсутствии волос» , незаряженные и невращающиеся черные дыры, описанные в пространстве-времени Шварцшильда, характеризуются только одним параметром - массой. Слово «волосы» в этом случае используется в качестве метафоры для обозначения других параметров и предложено физиком Джоном Уилером .
Парадокс означает, что нет никакого способа отличить друг от друга черные дыры, имеющие равные массы. Материя, попадающая в черную дыру, впоследствии испаряется благодаря излучению Хокинга , и неясно, что происходит с переносимой ею ранее информацией. В широком смысле это может означать, как отметил Строминжер в интервью редактору Сету Флетчеру для Scientific American, недетерминированность мира: настоящее не определяет будущее и не может быть использовано для полной реконструкции прошлого.
О новом открытии Хокинг впервые заявил 25 августа 2015 года, выступая на конференции в Королевском технологическом институте в Стокгольме. Тогда он заинтриговал научную общественность готовящейся статьей, посвященной решению парадокса черных дыр. «Информация сохраняется не внутри, как можно было бы ожидать, а на горизонте событий черной дыры», - заявил тогда ученый. Он также упомянул супертрансляции, используемые авторами в работе (о них - ниже), исследование которых Строминжером вдохновило Хокинга на написание статьи. «Идея в том, что супертрансляции есть голограмма падающих частиц, - сказал Хокинг. - Они содержат всю информацию, которая иначе могла бы быть утеряна». Рассказал ученый и о перспективах использования информации из черных дыр. «Для всех практических целей информация теряется», - сказал Хокинг. По его словам, черные дыры возвращают информацию в «хаотической и бесполезной форме».
В своей лекции, организованной на день раньше, 24 августа, Хокинг рассказал о черных дырах как туннелях в другие вселенные. «Если черная дыра достаточно большая и вращается, она может быть мостом в другую вселенную. Но пройдя по нему, вы не вернетесь в нашу», - сказал физик. Представленные на конференции соображения Хокинг изложил 3 сентября в препринте на сайте arXiv.org. Сама работа Хокинга в соавторстве с Перри и Строминжером была опубликована там же 5 января 2016 года.
Ранее (с середины 1970-х годов) Хокинг полагал, что в черных дырах информация не сохраняется. По этому вопросу в 1997 году он и Кип Торн заключили пари с американским физиком-теоретиком Джонном Прескиллом . Точка зрения Хокинга об информационном парадоксе черных дыр изменилась после прогресса в теории струн.
В 1996 году в рамках теории струн Строминджер и Кумрун Вафа продемонстрировали вывод выражения для энтропии черных дыр, впервые полученного термодинамическим способом израильским физиком Якобом Бекенштейном в 1973 году. Их вывод указывает на то, что при испарении черных дыр сохраняется унитарность квантовой механики (связанная с непротиворечивой интерпретацией вероятности), что ранее Хокинг подвергал сомнению.
В опубликованной в 2005 году работе британский ученый попробовал качественно объяснить сохранение информации в черной дыре при помощи техники функционального интеграла , взятого по пространству с тривиальной топологией . Эти же результаты следовали из предложенной в 1998 году Хуаном Малдасеной в рамках теории струн идеи AdS/CFT-соответствия. Она, в свою очередь, основана на голографическом принципе, предложенном в 1993 году нидерландским физиком-теоретиком Герардом т"Хоофтом (этот ученый 5 сентября 2015 года опубликовал препринт с альтернативным способом сохранения информации черной дырой).
В новой работе ученые основывались на исследованиях 1960-х годов. Тогда физики Стивен Вайнберг и другие предложили концепцию супертрансляций (их не стоит путать с одноименным термином, используемым в суперматематике). Кроме того, авторы использовали результаты Строминжера и соавторов, из которых следовало наличие у черной дыры так называемых мягких волос. Строминжер использовал известные из квантовой электродинамики мягкие фотоны - кванты электромагнитного излучения большой длины волны, используемые в перенормировках (процедурах устранения расходимостей в квантовой теории поля). Такие частицы обладают малой энергией и при описании вакуумного состояния (с наименьшей энергией) приводят к появлению нового квантового состояния, характеризующегося угловым моментом (поскольку таковой есть у фотона).
Строминжер заинтересовался вопросом, будет ли отличным первоначальное квантовое состояние системы от последующего в случае, если положить длину волны фотона бесконечной (то есть посчитать его энергию равной нулю). Вычисления показали, что квантовое состояние системы в этом случае изменится. Мягкие гравитоны и фотоны в пределе бесконечной длины волны существуют на границах пространства-времени. В приложении к черным дырам оказывается, что мягкие частицы локализуются на горизонте событий - трехмерной голограмме четырехмерной пространственно-временной дыры.
Говоря о супертрансляциях, ученые имеют в виду преобразования идентичных световых лучей, существующих на горизонте событий черной дыры. В 1960-х годах супертрансляции использовались для описания световых лучей на бесконечности пространства-времени, а не горизонте событий черных дыр. Строминжер пояснил идею супертрансляции на примере совокупности бесконечно длинных и идентичных друг другу соломинок. Если одну из них переместить вверх или вниз относительно других, можно ли считать такое перемещение реальным? Исследования ученых дали положительный ответ на этот вопрос.
«Если вы сравните две черные дыры, которые отличаются только добавлением мягкого фотона, который не изменяет энергию, вы получите разные черные дыры. А потом вы позволите им испариться. В этом случае они должны испариться во что-то отличное друг от друга. Мы даем точную формулу, являющуюся одним из главных результатов нашей работы, описывающую отличия в квантовом состоянии черной дыры, в которую был или не был добавлен мягкий фотон», - рассказал в интервью Scientific American Строминжер.
Физик отметил, что в ходе проведенного исследования ему удалось сформулировать 35 перспективных задач, решение каждой из которых может занять до нескольких месяцев. «Если у нас есть все ингредиенты для понимания квантовой динамики черных дыр, это делает возможным подсчет количества голографических пикселей», - сказал он. В дальнейшем Строминжер с соавторами собирается изучать не супертрансляции, а суперротации. Используя аналогию с одинаковыми бесконечно длинными соломинками, можно сказать, что в этом случае последние меняются местами друг с другом (одна соломинка совершает вращение вокруг другой).
«Они (суперротации) представляют собой еще один вид симметрии на бесконечности, где вы не просто перемещаете световые лучи вверх и вниз, а позволяете им двигаться друг относительно друга», - сказал Строминжер. Такие преобразования ученые начали изучать около десяти лет назад, а прогресс в их понимании достигнут лишь в последние два года. Свое видение новой работы Хокинг, отметивший 8 января свое 74-летие, представит на лекциях, которые 26 января и 2 февраля будет транслировать BBC Radio 4.
Попробую объяснить чуть подробнее. С точки зрения Общей теории относительности, гравитация - искривление самого пространства-времени (да-да, всё дело в геометрии). Представим столь массивный объект, у которого вторая космическая скорость (преодоление притяжения) выше скорости света. А скорость света в вакууме - предельная скорость взаимодействия во вселеной.
Таким образом, чёрная дыра (в представлении ОТО) - объект с бесконечно искривлённым пространством-временем, который даже свет не может покинуть. Причём есть граница, пройдя которую возврата нет - горизонт событий. То, что за ним, называется сингулярностью (там, где нельзя непрерывно проложить геодезическую линию). Классическая чёрная дыра может только поглощать - увеличивать массу.
Дальнейшие теоретические исследования привели учёных к вопросам об излучении чёрных дыр. Стивен Хокинг показал, что чёрная дыра может излучать. Это излучение (пока не открыто) называется излучением Хокинга. Чтобы рассказать, как оно образуется, нужно сперва рассказать, что такое вакуум.
Физический вакуум пуст, да не совсем. По теории, в нём постоянно рождаются и исчезают пары частиц (частица+античастица). Есть даже некоторые эффекты, подтверждающие, что оно так и есть. Так вот, в районе горизонта событий чёрной дыры рождаются пары этих частиц, но не исчезают. Из пары одна оказывается дальше от горизонта и может свободно перемещаться, другая остаётся за горизонтом. Это называется поляризацией вакуума.
Так излучает чёрная дыра по Хокингу. Поскольку есть излучение, она теряет массу, то есть испаряется. Тут немножко сложнее, это как сказать, что вы взяли из ничего половинку и там на половинку стало меньше. Когда-нибудь наступит момент, когда дыра испарится полностью.
На этом история не заканчивается, так как встала другая проблема. Потеря информации в чёрной дыре. Под информацией понимается состояние попадающего туда вещества. Дело в том, что чёрная дыра может обладать всего несколькими параметрами (вращение, заряд и масса), так что получается, что две дыры, имеющие одинаковые параметры будут идентичны. Независимо от того, какие туда попадали объекты. Получается, что состояние объекта не переходит в другое (как во всей остальной вселеной), а просто скажем «обнуляется».
Например, вы взяли 2 одинаковых листка бумаги, написали на них разные надписи и сожгли их - пепел одного будет отличаться от пепла другого, но попав в чёрную дыру, по идее получается, что они идентичны.
Попыток решить этот парадокс было предпринято немало. В ходе решения появился странный эффект - должна быть стена огня (файервол) излучения Хокинга в районе горизонта событий, что опять же не вписывалось в концепцию чёрной дыры.
Совсем недавно Стивен Хокинг предположил, что как такового чёткого горизонта событий нет, он как бы размыт (из-за искажений пространства-времени квантовыми эффектами). Вместо него он предложил «видимый горизонт событий», на котором задерживается материя, но не навсегда. То есть, как я понимаю, объект, задерживающийся на видимом горизонте является связанным с излучением Хокинга, а значит сохраняется информация (правда искажённая, как пепел того листка бумаги, развеянный по ветру). Но это только предположение.
Это все сводится к известному нам парадоксу огненной стены черных дыр. Главной особенностью черной дыры является ее горизонт событий. Горизонт событий черной дыры - точка невозврата при приближении к ней. В общей теории относительности Эйнштейна, горизонт событий представляет собой пространство и время, которые настолько деформированы под воздействием силы тяжести, что их невозможно покинуть. Пересечете горизонт событий - и вы навсегда в ловушке.
Это односторонняя природа горизонта событий уже давняя проблема для понимания гравитационной физики. Например, горизонт событий черной дыры, казалось бы, нарушает законы термодинамики. Один из принципов термодинамики гласит о том, что ничто не должно иметь температуру абсолютного нуля. Даже очень холодные вещи излучают немного тепла, но если черная дыра поглощает свет, то она не выделяет никакого тепла. Таким образом, температура черной дыры равна нулю, что не возможно.
Тогда в 1974 году Стивен Хокинг показал, что черные дыры излучают свет благодаря квантовой механике. В квантовой теории есть пределы тому, что может быть известно об объекте. Например, вы не можете знать точно энергию объекта. Из-за этой неопределенности, энергия системы может колебаться спонтанно, до тех пор, пока ее средняя величина остается постоянной. Хокинг продемонстрировал, что вблизи горизонта событий черной дыры пары частиц могут появиться, когда одна частица оказывается в ловушке внутри горизонта событий (немного снижая массу черной дыры), а другая может избежать этого, в виде излучения (унося немного энергии черной дыры).
В то время как излучение Хокинга решило одну проблему с черными дырами, оно создало еще одну, известную как парадокс огненной стены. Когда квантовые частицы появляются парами, они спутаны, то есть, они связаны в квантовом смысле. Если одна частица захватывается черной дырой, а другая вырывается, тогда спутанность пары нарушается. В квантовой механике можно было бы сказать, что пара частиц появляется в чистом, первоначальном, виде, и горизонт событий, казалось бы, сломал это состояние.
В прошлом году было показано, что если излучение Хокинга в чистом виде, тогда либо оно не может излучать в направлении, требуемом термодинамикой, или это создаст огненную стену частиц высокой энергии вблизи поверхности горизонта событий. Это часто называют парадокс огненной стены, потому что согласно общей теории относительности, если оказаться вблизи горизонта событий черной дыры, ничего необычного не удастся заметить. Основная идея общей теории относительности (принцип эквивалентности) требует, чтобы, если вы свободно падаете к горизонту событий, не должно быть сильной огненной стены частиц высокой энергии. В своей работе Хокинг предложил решение этого парадокса, предположив, что черные дыры не имеют горизонты событий. Вместо этого они имеют кажущиеся горизонты, которые не требуют соответствия огненной стены и термодинамики. Поэтому заявление "черных дыр нет" популярно в прессе.
Но парадокс огненной стены возникает только при излучении Хокинга в чистом виде, и исследование Сабины Хоссенфельдер (Sabine Hossenfelder) показывает, что излучение Хокинга не в чистом виде. В своей статье, Хоссенфельдер показывает, что вместо пары спутанных частиц, излучение Хокинга связано с двумя такими парами. Одна спутанная пара попадает в ловушку черной дыры, в то время как другая убегает. Процесс похож на первоначальное предложение Хокинга, но частицы Хокинга не в чистом виде.
Таким образом, нет никакого парадокса. Черные дыры могут излучать свет таким образом, который согласуется с термодинамикой, и область вблизи горизонта событий не имеет огненной стены, как требует общая теория относительности. В итоге, предложение Хокинга является решением проблемы, которой не существует.