Физики опровергли теорию потери информации в черных дырах

стоп-кадр YouTube

Первые знания физиков о черных дырах были получены благодаря «петлевой квантовой гравитации» — теории, которая использует квантовую механику, чтобы «вывести» гравитационную физики за пределы общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна. Петлевая квантовая гравитация открывает новую парадигму в современной физике. Теория стала основной при изучении экстремальных космологических и астрофизических явлений в таких объектах, как черные дыры, где уравнения общей теории относительности перестают работать.

В предыдущей работе по петлевой квантовой гравитации был проанализирован квантовый характер Большого взрыва, а сегодня Абхай Аштекар, Хавьер Олмедо и Парамприт Сингх применили эти результаты к природе черных дыр.

«Лучшая теория гравитации, которую мы имеем сегодня, — общая теория относительности, но у нее есть свои ограничения», — сказал Аштекар. «Например, общая теория относительности предсказывает, что во Вселенной есть места, где гравитация становится бесконечной, а пространство-время просто заканчивается. Мы называем эти места сингулярностью. Но даже Эйнштейн согласился, что это ограничение ОТО обусловлено тем, что она игнорирует квантовую механику», — пояснил он.

В центре черной дыры гравитация настолько сильна, что согласно ОТО, пространство-время в ней искривляется так, что в конечном итоге кривизна превращается в бесконечность. В результате возникает так называемый предел, за которым физики больше не существует — сингулярность.

Другим примером сингулярности является Большой взрыв. Спрашивать, что произошло до Большого взрыва в рамках теории относительности — бессмысленно, поскольку пространство-время заканчивается, и нет никакого «до». Но изменения в уравнениях Эйнштейна, которые учитывали квантовую механику через петлевую квантовую гравитацию, позволили исследователям расширить физику за пределы Большого взрыва и прийти к новым выводам. В двух последних работах сделано то же самое для сингулярности черной дыры.

«Основой петлевой квантовой гравитации является открытие Эйнштейном того факта, что геометрия пространства-времени — это не просто этап, на котором возникают космические события, а сама физическая сущность, которую можно преломить», — сказал Аштекар. «Как и физические объекты, геометрия пространства-времени состоит из некоторых фундаментальных единиц так же, как материя состоит из атомов. Эти единицы под названием “квантовые возбуждения” на несколько порядков меньше, чем могут обнаружить современные технологии, но у нас есть точные квантовые уравнения, которые предсказывают их поведение.
Одно из лучших мест для поиска их эффектов находится в центре черной дыры», — добавил он.

Согласно ОТО, в центре черной дыры гравитация становится бесконечной, поэтому все, что в нее входит, включая информацию, необходимую для физических расчетов, теряется. Это приводит к знаменитому «информационному парадоксу», с которым физики-теоретики борются уже более 40 лет. Тем не менее, поправки петлевой квантовой гравитации учитывают силу внутриатомного отталкивания, которая может преодолеть даже самую сильную гравитацию, и, следовательно, «позволить» физике там существовать. Данный вывод открывает перед учеными возможность доказать, что никакой потери информации в центре черной дыры не происходит.

Интересно, что хотя квантовая гравитация петли продолжает работать там, где нарушается общая теория относительности — сингулярность черной дыры, Большой взрыв — ее расчеты довольно точно соответствуют расчетам ОТО в менее экстремальных обстоятельствах вдали от сингулярности.

«Действительно, очень много ученых исследовали квантовую природу сингулярности черной дыры за последнее десятилетие, но либо сингулярность преобладала, либо механизмы, которые ее решали, вызывали неестественные эффекты. Наша новая работа свободна от всех этих ограничений», — заключил Сингх.

Физики опровергли теорию потери информации в черных дырах

Картина дня

Наши публикации