Чому деякі фізики вважають, що ми живемо всередині чорної діри: для цього є причини

Чорні діри — це одні з найдивніших об'єктів у Всесвіті. Незважаючи на те, що вчені багато чого про них дізналися, чорні діри продовжують кидати виклик нашому розумінню фізики. Щоб розв'язати деякі парадокси, пов'язані з чорними дірами, фізики запропонували незвичайні теорії, одна з яких припускає, що ми живемо в голографічному Всесвіті, де все, що ми бачимо і сприймаємо, насправді закодовано на кордоні нашого Всесвіту, у тривимірному (плюс час) поданні двовимірного (плюс час) Всесвіту. Деякі фізики припускають, що це може означати, що наш Всесвіт перебуває всередині чорної діри, що належить набагато більшому Всесвіту, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Чорна діра — один із найзагадковіших об'єктів у Всесвіті

Чорні діри виникають після смерті масивних зірок, коли ті стискаються в область нескінченної щільності. Чорна діра — це ділянка простору-часу з настільки сильною гравітацією, що жодна частинка звичайної матерії або будь-яка форма випромінювання, не можуть покинути чорну діру, якщо потрапили за межі її кордону, тобто горизонту подій.

Існування чорних дір становить проблему під час їхнього вивчення з точки зору термодинаміки. Кінцевий стан чорної діри, коли вона досягає рівноваги, залежить тільки від трьох параметрів: її маси, кутового моменту та електричного заряду.

Коли будь-який фізичний об'єкт або випромінювання перетинають горизонт подій чорної діри, то всі знання про їхні матеріальні властивості втрачаються. Залишаються тільки нові значення: маса, кутовий момент і електричний заряд. У результаті чорна діра поглинає величезну кількість інформації.

Випромінювання Гокінга та інформаційний парадокс чорної діри

Але якщо чорна діра має величезну масу, то згідно з першим законом термодинаміки вона повинна мати температуру, а згідно з другим законом термодинаміки — випромінювати тепло. Фізик Стівен Гокінг довів, що чорні діри повинні випускати випромінювання, яке тепер називається випромінюванням Гокінга, що утворюється на межі чорної діри. У результаті чорна діра випаровується з часом і зникає.

Також Гокінг виявив парадокс. Якщо чорна діра може випаруватися, частина інформації, що міститься в ній, втрачається назавжди. Інформація, що міститься в тепловому випромінюванні, випромінюваному чорною дірою, деградує, і вона не відтворює інформацію про матерію, раніше поглинену чорною дірою. Ця втрата інформації суперечить одному з основних постулатів квантової механіки. Згідно з рівнянням Шредінгера, фізичні системи, які змінюються з часом, не можуть створювати або знищувати інформацію.

Це явище відоме як інформаційний парадокс чорної діри, і, з огляду на те, що він суперечить нинішньому розумінню Всесвіту, він став предметом численних досліджень і дискусій.

Розв'язання парадоксу чорної діри

Одне з рішень парадоксу було знайдено шляхом вивчення термодинаміки чорних дір у контексті теорії струн. Фізик Герард Хоофт припустив, що загальна кількість ступенів свободи всередині чорної діри визначається пропорційно площі її горизонту подій, а не обсягу. Це дає змогу розглядати ентропію, тобто міру безладу, чорної діри.

Для зовнішнього спостерігача інформація про ентропію чорної діри, що колись містилася в тривимірній структурі об'єктів, які перетнули горизонт подій, здається втраченою. Але з цього погляду інформація закодована на двовимірній поверхні чорної діри, подібно до голограми. Тому Хофт припустив, що інформація, поглинена чорною дірою, може бути повністю відновлена в процесі квантового випаровування.

Чому ми можемо жити всередині чорної діри?

Це призвело до появи незвичайної теорії про те, що фізику тривимірного об'єму можна описати на його двовимірній межі. Хоча це не стосується простору за межами чорної діри, існують теорії, що сам Всесвіт може бути чорною дірою, де всі процеси відбуваються на межі, а те, що ми спостерігаємо, виникає з цих взаємодій. При цьому виникло припущення, що гравітація може виникати з ентропії квантової заплутаності на кордоні чорної діри.

Ця теорія не є найпереконливішою для пояснення нашого Всесвіту, оскільки стандартна фізика, як і раніше, найкраще описує спостережуваний нами Всесвіт. Але є причини, через які фізики сприймають її всерйоз.

Наприклад, для того, щоб працювала ця модель, радіус Габбла, тобто радіус спостережуваного Всесвіту, має дорівнювати радіусу Шварцшильда, або розміру чорної діри, яка утворилася б, якби вся матерія всередині неї була сконденсована в одну точку. Ці дві величини, насправді, напрочуд близькі, хоча це також можна пояснити космічним збігом. Також це призвело до припущення, що ми живемо всередині чорної діри, яка належить набагато більшому Всесвіту.

Але поки що ця теорія не підтвердилася переконливими доказами. Тому не варто переживати, чи є ви тривимірним об'єктом у звичайному просторі-часі, чи голографічною проєкцією з двовимірного кордону чорної діри.

Також Фокус писав про те, що темна енергія дивніша, ніж вважалося і Всесвіт може загинути від Великого стиснення. Астрофізики дійшли висновку, що темна енергія, яка відповідає за розширення космосу, може змінюватися таким чином, що це кидає виклик нашому розумінню часу і простору.