Голограмма пустоты

Черная дыра. Источник: Alain Riazuelo / NASA

Черные дыры являются гигантскими голограммами, считают японские физики

Александр Телишев

8 мая, 2014 10:12

5 мин

Физики из Киотского университета создали самую сложную на сегодня 3D-модель черной дыры, которая помогла им подтвердить популярную теорию о том, что эти объекты являются огромными двумерными голограммами. О результатах работы этой модели отчиталась японская Организация по изучению высокоэнергетических ускорителей (КЕК).

Черная дыра — это особая область в пространстве и времени, в которой силы гравитации настолько велики, что их неспособны преодолеть даже объекты, которые двигаются со скоростью света, в том числе и сами фотоны. Никакие объекты или излучение не могут вырваться за границы воздействия черной дыры, которая получила название «горизонт событий». Впрочем, в его существовании некоторые авторитетные ученые, например Стивен Хокинг, начинают сомневаться.

Сегодня только сторонники маргинальных физических и космологических теорий отрицают реальность существования черных дыр, однако среди ученых пока нет единого мнения насчет того, чем же на самом деле являются черные дыры и как они выглядят изнутри. Одно из самых популярных и при этом необычных объяснений их природы — так называемый голографический принцип, изложенный в 1993 году голландским физиком Герардом 'т Хоофтом.

Применительно к черным дырам этот принцип гласит, что их можно представить в виде гигантской двумерной голограммы, внутри которой «записана» информация об искривлении пространства-времени. Благодаря этому мы видим не плоскую черную дыру, а своеобразную трехмерную сферу пустоты, ограниченную радиусом Шварцшильда — расстоянием от гипотетического центра дыры до «горизонта событий».

Несмотря на популярность этой теории, ее истинность пока не была доказана. Этот недостаток исправили Манасори Ханада из Университета Киото (Япония) и его коллеги, создавшие масштабную трехмерную модель черной дыры и проверившие ее «голографичность» при помощи суперкомпьютера.

Согласно теории Стивена Хокинга, черные дыры могут не только поглощать, но и излучать энергию. Источник: NASA, and M. Weiss

Согласно теории Стивена Хокинга, черные дыры могут не только поглощать, но и излучать энергию. Источник: NASA, and M. Weiss (Chandra X -ray Center)

Ханада и его коллеги построили эту модель на основе теории об устройстве черных дыр, которая была сформулирована известным американским физиком Хуаном Малдасеной в 1997 году. При помощи теории суперструн ему удалось «поженить» квантовую механику с теорией относительности Эйнштейна, несовместимости которых ранее не позволяли теоретикам заглянуть внутрь черной дыры.

Японские физики проанализировали выкладки Малдасены и смогли превратить их в особый компьютерный алгоритм, позволяющий создать виртуальную черную дыру практически любых размеров при помощи суперкомпьютера. Раньше ученым не удавалось осуществить этого из-за того, что большое количество частиц в «компьютерной» черной дыре делало ее крайне нестабильной на квантовом уровне и слишком сложной даже для самых мощных вычислительных центров.

Используя эту модель, Ханада и его коллеги вычисляли массы и «температуры» излучения для черных дыр разных размеров и сравнивали их с теми значениями, которые были получены при помощи «классической» теории, представляющей черную дыру в виде 3D-объекта. Во всех случаях и для больших, и для малых черных дыр результаты моделирования и предсказания «классики» совпали. Это позволяет говорить о том, что теория Малдасены справедлива для черных дыр и что они действительно являются «плоскими» голограммами.

Как отмечают сами авторы этого исследования, подтверждение голографической природы черных дыр позволяет найти ответ на их главную загадку, сформулированную еще в 1974 году знаменитым британским астрофизиком Стивеном Хокингом. По его расчетам, черные дыры могут не только поглощать, но и излучать энергию, или «испаряться», благодаря квантовым эффектам вблизи «горизонта событий».

Существование этого явления, которое получило название «излучение Хокинга», противоречит принципу сохранения информации, что вызвало массу споров среди физиков и стало причиной «научной войны» между Хокингом и 'т Хоофтом во второй половине 90-х годов. Голографическая теория черных дыр позволяет разрешить это противоречие благодаря тому, что излучение Хокинга будет возникать в результате квантовых процессов внутри самой черной дыры.

Ханада и его коллеги надеются, что их модель подстегнет интерес к выкладкам Малдасены и к другим приложениям теории суперструн. Это поможет не только раскрыть тайны «внутреннего мира» черных дыр, но и ответить на вопрос — является ли Вселенная «плоской» голограммой или же реальным 3D-объектом. В свою очередь, японские ученые в ближайшее время попытаются показать, как возникает излучение Хокинга при помощи новой версии созданной ими компьютерной модели.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе