Черные дыры приобретают новые силы
AstroNews.ru - 14 Декабря 2020 00:33:39
Общая теория относительности - это сложная математическая теория, но ее описание черных дыр удивительно просто. Стабильную черную дыру можно описать всего тремя свойствами: ее массой, электрическим зарядом и вращением. Поскольку черные дыры вряд ли обладают большим зарядом, на самом деле требуется всего два свойства. Если вы знаете массу и вращение черной дыры, вы знаете все, что нужно знать о черной дыре.
Это свойство часто обобщается как теорема. В частности, теорема утверждает, что как только материя попадает в черную дыру, единственной характеристикой, которая может обладать - массой. В любом случае Горизонт Событий черной дыры совершенно гладкий, без каких-либо дополнительных особенностей.
Но при всей своей силе общая теория относительности имеет проблему с квантовой теорией. Это особенно верно в отношении черных дыр. Если предыдущая теорема верна, то информация, об объекте внутри черной дыры, уничтожается в тот момент, когда объект пересекает горизонт событий. Квантовая теория утверждает, что информация никогда не может быть уничтожена. Таким образом, действительная теория гравитации противоречит действительной теории квантов. Это приводит к таким проблемам, как парадокс брандмауэра, который не может решить, должен ли горизонт событий быть горячим или холодным.
Для разрешения этого противоречия было предложено несколько теорий, часто включающих расширения теории относительности. Различие между стандартной теорией относительности и этими модифицированными теориями может быть замечено только в экстремальных ситуациях, что затрудняет их наблюдательное изучение. Но новая статья в Physical Review Letters показывает, как они могут быть изучены через вращение черной дыры.
Многие модифицированные теории относительности имеют дополнительный параметр, которого нет в стандартной теории. Известное как безмассовое скалярное поле, оно позволяет модели Эйнштейна соединяться с квантовой теорией таким образом, что это не противоречит друг другу. В этой новой работе команда исследовала, как такое скалярное поле связано с вращением черной дыры. Они обнаружили, что при низкой частоте вращения модифицированная черная дыра неотличима от стандартной модели, но при высокой частоте оборотов, скалярное поле позволяет черной дыре иметь дополнительные характеристики.
Теория общей теории относительности Эйнштейна до сих пор выдержала все испытания в области наблюдений, но, скорее всего, она потерпит крах в самых экстремальных условиях Вселенной. Исследования, подобные этому, показывают, как мы могли бы открыть следующую теорию.