Черните дупки могат да бъдат безсмъртни

Черните дупки могат да бъдат безсмъртни и съвременният Космос вероятно изобилства от спаружените им останки, твърди нова хипотеза за еволюцията на тези космически обекти.

Идеята, изказана от Джордж Елис, космолог от университета в Кейптаун, напълно противоречи на общоприетите идеи на знаменития британски космолог и изследовател на феномена черни дупки Стивън Хокинг.

През 1974 г. Хокинг е изчислил, че поради квантовите ефекти черните дупки не са толкова всепоглъщащи – някои частици все пак успяват да напуснат пределите им и да излязат извън хоризонта на събитията. Този хипотетичен поток частици е наречен „лъчение на Хокинг”.

Ако си представим черна дупка, чиято маса е еквивалентна на слънчевата, то тя трябва да се „изпарява” за 10⁶⁷ години, преди да изчезне безследно. Но черните дупки притежават милиони пъти по-голяма маса от Слънцето, затова е необходимо повече време за изчезването им.

Идеята за безсмъртието на черните дупки, изказана от Елис, е възприета скептично от физиците. Въпросът за това какви квантови ефекти може да се наблюдават на тези гигантски тела, е пряко свързан с вечния конфликт между общата теория на относителността на Айнщайн и квантовата механика.

Освен това спорът между Елис и Хокинг засяга още една важна идея, върху която се гради нашата представа за Вселената – закона за съхранение на информацията. Ако черните дупки наистина с времето се „изпаряват”, както предсказва Хокинг, то цялата съдържаща се в тях информация може да се изпари заедно с тях.

Но Елис решава този проблем в своята статия. Спаружените останки от черни дупки продължават да съхраняват информация дори независимо че вече е невъзможно тя да бъде извлечена.

От гледна точка на Хокинг квантовата теория допуска големи колебания на енергия за кратки моменти от време. Като следствие космическият вакуум изобилства от двойки частици-антицастици, които постоянно ту изчезват, ту се появяват отново. Когато това се случи на хоризонта на събитията, една от частиците в двойката се засмуква в черната дупка, а другата отлита обратно в Космоса във вид на лъчение на Хокинг и по такъв начин изтощава масата на гигантската мъртва звезда.

Елис е решил да разгледа феномена на това лъчение от друга страна. Според Айнщайн всеки източник на маса или енергия изкривява пространството и времето. Черните дупки са толкова масивни обекти че пространството, което ги заобикаля, се затваря от само себе си.

„Лъчението на Хокинг, заедно с вездесъщите фотони и космическия микровълнов фон, само усилват изкривяването на пространство-времето. В такъв случай зоната, в която се генерира това лъчение, трябва постоянно да се стеснява от вътрешната страна на хоризонта на събитията, а ако е така, то вече никоя частица няма да напусне черната дупка и лъчение просто няма да има. А самият обект ще зазапзва една и съща маса”, обяснява Елис.

„Въпросната работа по-скоро е научно есе, отколкото пълномащабно изследване. Елис не е направил всички необходими изчисления, отнасящи се до изкривяването на пространство-времето”, казва специалистът в областта на теорията на струните Самир Матур от университета на Охайо. Други физици също смятат, че поради неточност в изчисленията хипотезата по-скоро е невярна.

Да добавим, че идеята за остатъците от черни дупки, от които изобилства Космосът, вече не са пряко решение на проблема с безследното изчезване на информация. Според Матур, ако дребните точки са съдържали в себе си цялата информация, която са пазили масивните черни дупки, то те трябва да имат безкраен брой вътрешни състояния.

„А това вече е истинско насилие над квантовата теория”, твърди Матур.

През 1997 г. Матур също се занимавал с търсене на потенциално решение на този проблем. Той и колегите му използвали теорията на струните за примиряване на квантовата теория и гравитацията, за да опишат всички възможни състояния на гравитационното поле на черните дупки. Физиците открили, че тези състояния трябва да лежат в непосредствена близост, но зад пределите на хоризонта на събитията. Ако именно тази зона е истинска граница на черната дупка, то всичко се връзва – няма лъчение на Хокинг, частиците не напускат пределите на обекта, а информацията не изчезва.

С проблема за загубата на информация при изпарение на черните дупки се занимавали и други теоретици през 2012 г. Те предположили, че частиците в лъчението на Хокинг не се държи хаотично, а се намират в състояние на квантово заплитане по такъв начин, че могат да транслират информация от черната дупка. По никакъв друг начин сигналът не може да напусне нейните предели.

Но и тази хипотеза има своите недостатъци – на хоризонта на събитията в такъв случай би се освобождавало огромно количество енергия и всичко, което се приближи към него, мигновено би било унищожено от тази енергия.

Независимо от голямото количество разногласия сред физиците и космолозите, повечето от тях са единодушни в това, че подобни спорове могат да доведат до оптимизиране на общата теория на относителността и привеждането й под общ знаменател с квантовата теория.

Много физици смятат, че квантовата механика сама по себе си размива ясните граници на хоризонта на събитията. Затова търсенето на нови теоретични идеи, обединяващи в себе си квантовата физика и теорията на относителността, е един от най-важните етапи в познанието на феноменалната природа на черните дупки.