ЗАМОРОЖЕННЫЕ ЗВЕЗДЫ

Споры о строении черных дыр продолжаются.

Классическая теория представляет черную дыру в виде точки бесконечно большой плотности (сингулярности), которая втягивает в себя вещество (в том числе звезды), и окружающего ее горизонта событий. Если представлять черную дыру в виде шара «темной энергии» («гравастара»), падающее на нее вещество разрушается при ударе о твердую скорлупу.

ГОРИЗОНТ БЕЗ СОБЫТИЙ Что будет, если вы начнете падать в черную дыру? Согласно общей теории относительности, даже при пересечении горизонта событий вы будете пребывать в невесомости и блаженном неведении, поскольку все вокруг будет падать вместе с вами. Приливные силы, делающие черную дыру столь гибельной, возможно, подействуют позднее. Осознать происходящее сможет только сторонний наблюдатель. В рамках общей теории относительности невозможно создать автономный датчик, способный предупредить: «Внимание! Вы только что упали в черную дыру! Готовьтесь к смерти». Согласно новой модели, при падении горизонт событий нельзя не заметить: вы разобьетесь о скорлупу из сверхплотного вещества, а частицы вашего тела распадутся на гамма-лучи.

Агонизирующие звезды, разрывающие ткань пространства-времени, не дают покоя физикам и астрономам. Черные дыры – уникальные небесные объекты, настолько экстремальные, что до сих пор никто не знает в точности, что они собой представляют.

Большинство исследователей считает, что это микроскопические сингулярности – остатки звезд, сжатых собственным тяготения. Однако есть мнение, что черные дыры представляют собой протяженные тела и состоят из вещества в необычном состоянии, застывшего в процессе коллапса подобно воде, превратившейся в лед. Такое смелое предположение помогает объединить общую теорию относительности и квантовую механику.

Согласно учебникам, сингулярность окружена горизонтом событий. Эта воображаемая поверхность – рубеж невозврата для любого вещества, устремляющегося в черную дыру. Впрочем, ничего особенного на ней не происходит: законы физики одинаковы повсюду. Однако с точки зрения квантовой механики горизонт событий глубоко парадоксален, поскольку допускает потерю информации из нашего мира.

В новой концепции черной дыры понятие горизонта событий отсутствует. Идея в том, что существует сила, способная остановить коллапс звезды: в веществе с определенными свойствами сила тяготения меняет знак, становясь не силой притяжения, а силой отталкивания. Предполагается, что такое вещество – «темная энергия» – вызывает ускорение расширения Вселенной.

В прошлом году Павел Мазур (Pawel O. Mazur) из Университета Южной Каролины и Эмиль Моттола (Emil Mottola) из Лос-Аламосской национальной лаборатории высказали мнение, что в ходе коллапса вещество может затвердеть подобно кристаллам льда. В результате образуется так называемый гравастар, похожий на жареное мороженое: твердая корка из очень плотного, но все же обычного вещества, стабилизированная необычным содержимым. Эта скорлупа заменяет горизонт событий.

Более смелое предположение предусматривает не только «вымерзание» темной энергии, но и отказ от теории относительности. Акустические уравнения для движущихся жидкостей во многом схожи с уравнениями общей теории относительности. Звуковые волны могут захватываться жидкостью почти так же, как свет захватывается черной дырой. Возможно, пространство-время является своеобразной жидкостью.

В конденсированных средах (жидкостях и твердых телах) многое определяется коллективными взаимодействиями, т.е. агрегацией молекул, а не их индивидуальными свойствами. Когда вода замерзает, молекулы остаются прежними, а их коллективное поведение изменяется, и законы, применимые к жидкости, перестают действовать. При определенных условиях жидкость становится сверхтекучей, и тогда даже на макроскопическом уровне ее свойства определяются законами квантовой механики. Джордж Чаплин (George Chapline) из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса вместе с Эваном Хохфельдом (Evan Hochfeld), Робертом Лафлином (Robert B. Laughlin) и Дэвидом Сантьяго (David Santiago) из Стэнфордского университета предположили, что подобный процесс происходит на горизонте событий. Уравнения теории относительности перестают действовать, появляются новые законы. «Если принять, что пространствовремя – это сверхтекучая жидкость, то совершенно естественно предположить, что на горизонте событий некоторые физические законы теряют силу, т.е. классический горизонт событий заменяется квантовым фазовым переходом», – считает Чаплин.

Пока все эти идеи вилами на воде писаны, и у критиков есть масса возражений. Например, каким именно образом изменяется состояние вещества или пространства-времени в процессе коллапса звезды? Скотт Хьюз (Scott A. Hughes) из Массачусетского технологического института отметил: «Не представляю, как массивная звезда, состоящая из обычного газа, плотность и давление которого связаны простым соотношением, может превратиться в объект со столь странной структурой, как гравастар». Традиционные теории квантовой гравитации разработаны гораздо глубже. Например, теория струн объясняет парадоксы черных дыр без отказа от горизонта событий и теории относительности.

По данным наблюдений будет трудно выяснить, какая концепция, новая или классическая, больше подходит для описания черных дыр. Тем не менее это возможно. Гравитационные волны позволяют определить форму пространства-времени в окрестностях предполагаемых черных дыр. Для классической сингулярности, простого объекта без реальной поверхности, возможны только два случая, и если при наблюдении гравитационных волн будет обнаружена какая-то иная форма, то очередной жертвой черных дыр станут современные физические теории.

Оригинал - www.sciam.ru