Куда все уходит? Оставшийся без ответа вопрос о черных дырах

Черные дыры являются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. Эти космические гиганты оказывают настолько сильное гравитационное притяжение, что даже свет не может ускользнуть от их хватки. Но что именно происходит, когда он падает в черную дыру? Куда все уходит?

Чтобы понять, куда уходят вещи, когда они падают в черную дыру, нам сначала нужно понять основы того, что такое черная дыра. По своей сути черная дыра — это область пространства-времени, где гравитация настолько сильна, что искажает само пространство и время. Этот гравитационный монстр образуется, когда массивная звезда разрушается под действием собственной гравитации в конце своего жизненного цикла.

Граница, окружающая черную дыру, известна как горизонт событий. Это точка, за которой ничто, даже свет, не может вернуться. Как только объект пересекает этот порог, его неизбежно притягивает к сингулярности — бесконечно плотному ядру черной дыры.

Когда материя приближается к горизонту событий, она испытывает экстремальные гравитационные силы. Этот процесс, причудливо получивший название «спагеттификация», происходит потому, что гравитационное притяжение гораздо сильнее со стороны объекта, расположенного ближе к черной дыре, чем со стороны, расположенной дальше. Эта разница в силе растягивает объект в длинную и тонкую форму, похожую на спагетти.

В центре черной дыры находится сингулярность, где гравитация считается бесконечно сильной, а плотность бесконечно высокой.

Современные физические теории не могут адекватно описать условия сингулярности, поскольку наше понимание физики в этих экстремальных условиях нарушается. Общая теория относительности предсказывает существование сингулярностей, но истинная природа этих точек остается одной из величайших загадок астрофизики.

Что происходит внутри черной дыры?

Один из самых загадочных вопросов о черных дырах — что происходит с информацией о материи, которая в них попадает.

Согласно квантовой механике, информация о состоянии частиц никогда не должна теряться. Однако, как только материя пересекает горизонт событий, она, похоже, исчезает из наблюдаемой Вселенной. Что приводит к так называемому «информационному парадоксу».

В 1970-х годах физик Стивен Хокинг предположил, что черные дыры могут испускать излучение из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий. Это излучение, известное как излучение Хокинга, предполагает, что черные дыры могут в конечном итоге испаряться в течение невероятно длительного периода времени. Если это излучение действительно несет информацию, оно могло бы разрешить информационный парадокс, но как именно это работает, остается открытым вопросом.

Общая теория относительности предсказывает, что в самом центре черной дыры есть точка, в которой материя сжимается до бесконечной плотности. Это конечный пункт всего, что попадает в горизонт событий.

По мнению Кипа Торна (известного физика, работавшего над межзвездным пространством), материя разрушается в сингулярности.

«Материя, из которой состоит звезда, атомы, из которых состоит звезда, разрушаются в центре черной дыры, когда черная дыра создается. Материя исчезла, но масса в смысле эквивалентности массы и энергии ушла в искривленное пространство-время черной дыры», — сказал он.

Хотя наше нынешнее понимание физики дает некоторое представление о черных дырах, многие аспекты остаются спекулятивными. Что приводит к появлению нескольких увлекательных теорий о том, что происходит внутри этих космических тел.

Фантастические теории: за горизонтом событий

Одна из интригующих возможностей заключается в том, что черные дыры могут быть связаны с другими точками пространства-времени через червоточины. Эти гипотетические туннели теоретически могут позволить мгновенно путешествовать на огромные космические расстояния или даже в другие вселенные. Если материя, падающая в черную дыру, попадает в червоточину, она может появиться где-то совершенно в другом месте, вырвавшись из хватки черной дыры.

Другая спекулятивная теория предполагает, что черные дыры могут быть воротами в параллельные вселенные. Согласно гипотезе мультивселенной, наша Вселенная может быть лишь одной из многих.

Когда материя падает в черную дыру, она может быть перенесена в другую вселенную внутри мультивселенной, фактически исчезая из нашей наблюдаемой реальности, но продолжая существовать где-то еще.

В некоторых передовых теоретических моделях, таких как теория струн и М-теория, наша Вселенная может быть трёхмерной «браной»*, плавающей в многомерном пространстве.

Черные дыры могут представлять собой связи с этими высшими измерениями. Если это так, то материя, падающая в черную дыру в нашей Вселенной, может быть полностью перенесена в другое измерение, предлагая радикальное переосмысление природы черной дыры.

Хотя научные достижения дали некоторое представление о том, что происходит, когда материя падает в черную дыру, многие вопросы остаются без ответа.

P.S.

Трёхмерная «брана» — Все захваченное трехмерной браной будет выглядеть совершенно так же, как это выглядело бы, если бы мир был действительно трехмерным.