Так що ви ось-ось стрибнете в чорну діру. Що, можливо, чекатиме, якщо ви, незважаючи на всі шанси, ви якось виживете? Де б ви закінчилися і якими заплутаними казками ви змогли б поласувати, якби вам вдалося зачепити свій шлях назад?
Проста відповідь на всі ці питання - це, як пояснює професор Річард Массі: "Хто знає?" Як науковий співробітник Королівського товариства Інституту обчислювальної космології Університету Дарем, Мессі повністю усвідомлює, що таємниці чорних дір протікають глибоко. "Падіння через горизонт подій буквально переходить за межі завіси - як тільки хтось провалиться повз нього, ніхто ніколи не може послати повідомлення назад", - сказав він. "Вони будуть розірвані на шматки величезною силою тяжіння, тому я сумніваюся, що хто-небудь, хто потрапляє, потрапить кудись".
Якщо це звучить як невтішна - і болісна - відповідь, то цього варто очікувати. З тих пір, як вважалося, що загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна передбачала чорні діри, пов'язуючи простір-час із дією сили тяжіння, було відомо, що чорні діри є наслідком загибелі масивної зірки, що залишає після себе невелике, щільне залишкове ядро. Якщо припустити, що це ядро має більш ніж утричі більшу масу Сонця, то гравітація переверне настільки, що впаде сама по собі в єдину точку, або сингулярність, яку розуміють як нескінченно щільне ядро чорної діри.
У результаті нежила чорна діра мала б такий потужний гравітаційний потяг, що навіть світло не міг цього уникнути. Отже, якщо ви опинитесь на горизонті подій - точці, в якій світло і матерія можуть проходити тільки всередину, як це запропонував німецький астроном Карл Шварцшильд, - виходу немає. За словами Мессі, сили приливів перевели ваше тіло в нитки атомів (або «спагетіфікація», як це також відомо), і предмет врешті-решт розіб’ється в особливості. Думка про те, що ви могли б вискочити десь - можливо, з іншого боку - здається абсолютно фантастичною.
А що з червоточиною?
Або це? Протягом багатьох років вчені розглядали можливість того, що чорні діри можуть бути червоточинами для інших галактик. Вони навіть можуть бути, як деякі підказали, дорогою до іншого Всесвіту.
Така ідея лежить довгий час: Ейнштейн об'єднався з Натаном Роузеном для теоретичних мостів, які з'єднують дві різні точки в просторі-часі в 1935 році. Але це стало деяким свіжим підґрунтям у 1980-х, коли фізик Кіп Торн - один із світових провідні експерти з астрофізичних наслідків загальної теорії відносності Ейнштейна - підняли дискусію про те, чи можуть об’єкти фізично подорожувати через них.
"Читання популярної книги Кіпа Торна про червоточини - це те, що вперше мене захопило фізикою ще в дитинстві", - сказала Мейсі. Але не видається ймовірним, що хробаки існують.
Дійсно, Торн, який позичив свої експертні поради виробничій команді для голлівудського фільму "Інтерстеллар", написав: "Ми не бачимо жодного предмета у нашому Всесвіті, який міг би стати червоточиною з віком", у своїй книзі "Наука міжзоряних" (WW Norton та компанія, 2014). Торн заявив Space.com, що подорожі по цих теоретичних тунелях, швидше за все, залишаться науковою фантастикою, і, безумовно, немає твердих доказів того, що чорна діра могла б дозволити такий прохід.
Але проблема полягає в тому, що ми не можемо підійти ближче, щоб переконатися самі. Чому ми навіть не можемо сфотографувати що-небудь, що відбувається всередині чорної діри - якщо світло не може уникнути їх величезної сили тяжіння, то камерою нічого не може бути відбито. Як відомо, теорія припускає, що все, що виходить за горизонт подій, просто додається до чорної діри, і, тим більше, оскільки час спотворюється близько до цієї межі, це, здається, відбуватиметься дуже повільно, тому відповіді не будуть швидко майбутні.
"Я думаю, що стандартна історія полягає в тому, що вони призводять до кінця часу", - сказав Дуглас Фінкбейнер, професор астрономії та фізики Гарвардського університету. "Далекий спостерігач не побачить, щоб їхній друг-космонавт потрапив у чорну діру. Вони просто червоніють і бледніше, коли наблизяться до горизонту події. Але друг потрапляє прямо, у місце, що знаходиться поза" назавжди ". Що б це не означало ".
Можливо, чорна діра призводить до білої діри
Безумовно, якщо чорні діри ведуть до іншої частини галактики чи іншого Всесвіту, з іншого боку потрібно буде щось протилежне їм. Чи може це бути білою дірою - теорія, висунута російським космологом Ігорем Новіковим у 1964 році? Новіков запропонував, щоб чорна діра посилалася на білу діру, яка існувала в минулому. На відміну від чорної діри, біла дірка дозволить залишити світло і матерію, але світло і матерія не зможуть потрапити.
Вчені продовжували досліджувати потенційний зв’язок між чорними та білими дірами. У своєму дослідженні за 2014 рік, опублікованому в журналі Physical Review D, фізики Карло Ровеллі та Хал М. Хаггард стверджували, що "існує класична метрика, що задовольняє рівняння Ейнштейна за межами обмеженого просторово-часового регіону, де матерія руйнується в чорну діру, а потім виникає з час діри ". Іншими словами, весь проковтнутий чорний отвір може бути викреслений, а чорні діри можуть стати білими дірами, коли вони гинуть.
Далеко не знищивши інформацію, яку вона поглинає, крах чорної діри був би зупинений. Натомість він би зазнав квантового відскоку, що дозволяє інформації виходити. Якщо це так, то вона пролила б трохи світла на пропозицію колишнього космолога Кембриджського університету та фізика-теоретика Стівена Хокінга, який у 70-х роках досліджував можливість того, що чорні діри випромінюють частинки та радіацію - теплове тепло - внаслідок квантових коливань .
"Хокінг сказав, що чорна діра не триває вічно", - сказав Фінкбінер. Хокінг підрахував, що випромінювання призведе до того, що чорна діра втратить енергію, зменшиться і зникне, як описано в його статті 1976 р., Опублікованій в "Фізичному огляді" D. Зважаючи на його твердження, що випромінювання випромінювання буде випадковим і не містить інформації про те, що потрапило, Чорна діра після її вибуху знищила б безліч інформації.
Це означало, що ідея Хокінга суперечить квантовій теорії, яка говорить, що інформацію неможливо знищити. Фізика констатує, що інформацію просто важче знайти, тому що, якщо вона загубиться, неможливо пізнати минуле чи майбутнє. Ідея Хокінга призвела до «парадоксу інформації про чорну діру», і це давно спантеличило вчених. Деякі кажуть, що Хокінг просто помилявся, а сам чоловік навіть заявив, що допустив помилку під час наукової конференції в Дубліні в 2004 році.
Отже, чи повернемося ми до концепції чорних дір, що випромінюють збережену інформацію та викидають її назад через білу діру? Може бути. У своєму дослідженні 2013 року, опублікованому в «Фізичному оглядовому листі», Хорхе Пуллін з Державного університету Луїзіани та Родольфо Гамбіні з Університету Республіки в Монтевідео, Уругвай, застосували квантову гравітаційну петлю до чорної діри і встановили, що сила тяжіння збільшується до ядра, але зменшується і забивається що б не входило в інший регіон Всесвіту. Результати додали додаткової довіри ідеї чорних дір, що служать порталом. У цьому дослідженні сингулярності не існує, і тому вона не утворює непроникного бар'єру, який закінчується руйнуванням будь-якого, з чим він стикається. Це також означає, що інформація не зникає.
Можливо, чорні діри нікуди не йдуть
Але фізики Ахмед Алмхері, Дональд Марольф, Джозеф Полчинський та Джеймс Саллі все ще вважали, що Хокінг міг щось робити. Вони працювали над теорією, яка стала відомою як брандмауер AMPS або гіпотеза про брандмауер чорної діри. За їхніми підрахунками, квантова механіка могла б перетворити горизонт подій у гігантську стіну вогню, і все, що зіткнеться, спалить за мить. У цьому сенсі чорні діри нікуди не ведуть, бо нічого ніколи не може потрапити всередину.
Це, однак, порушує загальну теорію відносності Ейнштейна. Хтось, що перетинає горизонт події, насправді не повинен відчувати великих труднощів, тому що об’єкт був би у вільному падінні, і, виходячи з принципу еквівалентності, цей об'єкт - чи людина - не відчував би надзвичайних наслідків сили тяжіння. Він міг би дотримуватися законів фізики, що існують у інших місцях Всесвіту, але навіть якщо це не буде суперечити принципу Ейнштейна, це підірве квантову теорію поля або припустить, що інформація може бути втрачена.
Чорна діра невизначеності
Крок вперед Хокінга ще раз. У 2014 році він опублікував дослідження, в якому ухилявся від існування горизонту подій - це означає, що тут нічого не можна спалювати - кажучи, що гравітаційний колапс натомість створить "очевидний горизонт".
Цей горизонт призупиняв промені світла, намагаючись відійти від ядра чорної діри, і зберігався б "проміжок часу". У його переосмисленні видимі горизонти тимчасово зберігають матерію та енергію, перш ніж розчиняти їх і випускати їх згодом вниз по лінії. Це пояснення найкраще відповідає квантовій теорії - яка говорить, що інформацію неможливо знищити - і, якщо вона коли-небудь буде доведена, це дозволяє припустити, що з чорної діри все може втекти.
Хокінг пішов настільки, що чорні діри можуть навіть не існувати. "Чорні діри повинні бути перероблені як метастабільно пов'язані стани гравітаційного поля", - написав він. Не було б особливості, і хоча видиме поле рухатиметься всередину завдяки гравітації, воно ніколи не дістанеться до центру і закріпиться в межах щільної маси.
Але все, що випускається, не буде у формі проковтнутої інформації. Неможливо було б зрозуміти, що ввійшло, дивлячись на те, що виходить, що викликає власні проблеми - не в останню чергу для, скажімо, людини, яка опинилася в такому тривожному становищі. Вони ніколи більше не відчують такого ж!
Одне точно, саме ця загадка збирається проковтнути ще багато наукових годин на довгий час. Нещодавно Ровеллі та Франческа Відотто припустили, що компонент темної речовини може утворюватися із залишків випарених чорних дір, а папір Хокінга про чорні діри та «м’яке волосся» вийшов у 2018 році та описує, як частинки нульової енергії залишаються навколо точки без повернення, горизонт подій - ідея, яка передбачає, що інформація не втрачається, а фіксується.
Це виявилося перед обличчям теореми про відсутність волосся, яку висловив фізик Джон Арчібальд Уілер, і працював на тій підставі, що дві чорні діри не відрізнятимуться від спостерігача, оскільки жодна з псевдозарядів фізичних частинок не збережеться. Це ідея, з якою вчені говорять, але є певний шлях, перш ніж це буде відповісти на те, куди ведуть чорні діри. Якби ми могли знайти шлях до одного.
