У Черных Дыр Могут Быть «Волосы». Эйнштейн Ошибается?

Недавнее исследование американских физиков об экстремальных черных дырах может опровергнуть знаменитую теорию.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры имеют только три наблюдаемых свойства: массу, спин (угловой момент) и заряд. .

Дополнительных характеристик, или, как их называют физики, «волосков», не существует.

У черных дыр могут быть «волосы».
</p><p>
Эйнштейн ошибается?

Чтобы объяснить эту идею, давайте представим однояйцевых близнецов.

У них одинаковый генотип, они являются генетическими копиями, но даже такие близнецы будут во многом отличаться: от темперамента до прически.

Черные дыры, согласно теории гравитации Альберта Эйнштейна, могут иметь только три характеристики: массу, спин и заряд. Если эти значения одинаковы для любых двух черных дыр, то они идентичны, отличить одну от другой будет невозможно.

У черных дыр нет волос.

«Согласно классической общей теории относительности, такие черные дыры были бы абсолютно идентичными», — отмечает Пол Чеслер , физик-теоретик Гарвардского университета.

Однако ученые задаются вопросом, верна ли теорема об отсутствии волос.

В 2012 году математик Стефанос Аретакис , тогда в Кембриджском университете, а теперь в Университете Торонто, предположил, что некоторые черные дыры может иметь нестабильность (нестабильности) на горизонте событий.

Нестабильность придаст некоторым частям горизонта черной дыры более сильное гравитационное притяжение, чем другим.

Оказывается, в этом случае даже одинаковые черные дыры будут различимый .

Однако уравнения Аретакиса показали, что это возможно только для так называемого экстремальные черные дыры - те, которые имеют максимально возможное значение массы, спина или заряда.

И, по мнению Чеслера, такие черные дыры не могут существовать в природе.

Но предположим, что есть почти экстремальная черная дыра, которая приближается к максимальным значениям, но не достигает их.

Такая черная дыра могла бы существовать, по крайней мере теоретически.

Опровергнет ли это теорему об отсутствии волос? В отчет , опубликованный в конце января, показывает, что это возможно.

Более того, такие волосы могут уловить земные детекторы гравитационных волн.

«Аретакис предположил, что на горизонте событий остается некоторая информация», — прокомментировал Гаурав Кханна , физик из Массачусетского университета и Университета Род-Айленда, один из соавторов исследования.

Ученые предполагают, что свидетельства образования черной дыры или более поздние возмущения горизонта событий (например, падение материи в черную дыру) могут создать гравитационную нестабильность на горизонте событий или вблизи него почти экстремальной черной дыры.

«Мы ожидаем, что гравитационный сигнал, который мы обнаружим, будет сильно отличаться от обычных черных дыр, которые не являются экстремальными», — говорит Ханна.

Если у черных дыр есть волосы, то сохраняется некоторая информация об их прошлом – это коснется и знаменитых Информационный парадокс черной дыры , который был сформулирован Стивеном Хокингом, как отмечал Лия Медейрос , астрофизик из Института перспективных исследований в Принстоне.

Этот парадокс обнажает фундаментальный конфликт между общей теорией относительности и квантовой механикой, двумя столпами физики 20-го века.

Если мы опровергнем одно из условий информационного парадокса, мы сможем разрешить сам парадокс.

Одним из условий является теорема об отсутствии волос.

Последствия этого открытия будут значительными.

«Если мы сможем доказать, что реальное пространство-время черной дыры за пределами черной дыры отличается от того, что мы ожидаем увидеть, то, я думаю, это будет иметь действительно огромные последствия для общей теории относительности», — сказал Медейрос, соавтор исследования.

Октябрьская бумага отчет , в котором основное внимание уделяется тому, соответствует ли наблюдаемая геометрия черных дыр предположениям.

Однако, пожалуй, самым захватывающим аспектом исследования является то, что оно открывает путь к тому, как объединить наблюдения за черными дырами и фундаментальную физику.

Обнаружение волос на черных дырах, возможно, в самых экстремальных астрофизических лабораториях во Вселенной, может позволить исследовать такие идеи, как теория струн и квантовая гравитация, способами, которые ранее были невозможны.

Оказывается, уравнения Эйнштейна настолько сложны, что мы каждый год открываем в них новые свойства.
Пол Чеслер

«Одна из больших проблем теории струн и квантовой гравитации заключается в том, что эти предположения трудно проверить», — говорит Медейрос, — «поэтому, если у нас есть что-то, что можно проверить даже удаленно, это потрясающе».

Однако есть и серьезные препятствия.

Нет уверенности в существовании почти экстремальных черных дыр.

По словам Чеслера, лучшие модели на данный момент обычно создают черные дыры, которые на 30% отличаются от экстремальных значений.

И даже если существуют почти экстремальные дыры, не совсем ясно, достаточно ли чувствительны детекторы гравитационных волн, чтобы обнаружить нестабильность по волоскам.

Более того, волосы должны быть чрезвычайно быстротечными, держаться всего доли секунды.

Но сам отчет выглядит солидно.

«Я не думаю, что кто-то в обществе сомневается в этом», — сказал Чеслер.

Следующий этап — посмотреть, какие сигналы мы сможем обнаружить с помощью детекторов гравитационных волн: сейчас мы работаем с LIGO и Virgo, но запускаются новые инструменты, например ЛИЗА, совместный эксперимент Европейского космического агентства и НАСА по изучению гравитационных волн.

«Теперь нам следует опираться на их работу и реально рассчитать, какой будет частота гравитационного излучения.

Важно понять, как мы можем это измерить и идентифицировать», — отмечает Хельви Витек , астрофизик из Университета Иллинойса, Урбана-Шампейн.

Хотя шансы найти волосы не так уж и велики, такое открытие бросит вызов общей теории относительности Эйнштейна и докажет существование почти экстремальных черных дыр.

«Мы хотели бы знать, позволяет ли природа существовать такому животному», — говорит Ханна.

Теги: #астрономия #Популярная наука #черные дыры #сеть времени #Эйнштейн #теория относительности #теория относительности