Что находится внутри черной дыры: есть ли у физиков ответ?

Абсолютно все черные дыры, которые были обнаружены учеными, разные и имеют непохожие друг на друга характеристики. Их оценивают по следующим критериям:

Черная дыра – огромное космическое тело и ее устройство сложно представить человеческому мозгу. Вход в нее «закрыт» горизонтом событий, которому дать характеристики сложнее. Но, хоть он и не имеет определенной формы, но служит своеобразной «дверью» или «щитом» для черной дыры.

Как только любой объект в космосе пересечет горизонт событий, он неизбежно будет обречен на вход в черную дыру. Как правило, время достижения черной дыры исчисляется в секундах.

В месте, куда попадает космическое тело, пространство и время сливаются и перестают существовать как независимые взаимосвязанные реальности. Из-за того, что масса черной дыры сгущается в очень маленькую точку, сила тяжести там может модифицироваться. Именно поэтому каждый входящий в черную дыру объект начинает менять свою форму. Что происходит с телом дальше – до сих пор загадка для ученых, однако с годами они продвигаются все ближе к ответу.

Так, например, американские физики в результате ряда экспериментов выдвинули мнение, что человек, оказавшийся в черной дыре, сможет выжить. Ученые предполагают, что после перехода горизонта событий, у человека появится клон, а первоначальная версия сгорит под потоком раскаленных частиц. Таким образом, для тех, кто находится с одной стороны черный дыры человек будет навсегда мертв, а ему самому покажется, что ничего не произошло. Это явление называли в честь британского физика-теоретика Стивена Хокинга.

Физик из Мичиганского университета использует квантовые вычисления и машинное обучение, чтобы лучше понять идею, называемую голографической двойственностью, которая лежит в основе понимания тех процессов, что происходят в недрах черных дыр.

Голографическая двойственность — это математическая гипотеза, которая соединяет теории частиц и их взаимодействий с теорией гравитации. Эта гипотеза предполагает, что теория гравитации и теория частиц математически эквивалентны: то, что происходит математически в теории гравитации, происходит в теории частиц, и наоборот.

Обе теории описывают разные измерения, но количество измерений, которые они описывают, отличается на единицу. Так, например, внутри черной дыры гравитация существует в трех измерениях, в то время как теория частиц описывает процессы в двух измерениях, представляя процессы в плоском диске.

Чтобы представить себе это, подумайте еще раз о черной дыре, которая искажает пространство-время из-за своей огромной массы. Гравитация черной дыры, которая существует в трех измерениях, математически связана с частицами, движущимися над ней, в двух измерениях. Следовательно, черная дыра существует в трехмерном пространстве, но мы видим ее как двумерную проекцию благодаря частицам.

Некоторые ученые теоретизируют, что вся наша Вселенная представляет собой голографическую проекцию частиц, и это понимание может открыть физикам квантовую теорию гравитации, если появятся сколь либо убедительные научные доказательства.

В опубликованном в 2022 году исследовании физики решили изучить голографическую двойственность с помощью квантовых вычислений и глубокого обучения, чтобы найти состояние с наименьшей энергией в квантовых матричных моделях. Для исследования авторы использовали две матричные модели, достаточно простые для решения традиционными методами, но обладающие всеми особенностями более сложных матричных моделей, используемых для описания черных дыр через голографическую двойственность.

Эти матричные модели представляют собой объекты в теории струн, в которых частицы представлены одномерными строками. Когда исследователи решают подобные матричные модели, они пытаются найти конкретную конфигурацию частиц в системе, которая представляет собой состояние с наименьшей энергией системы, называемое основным состоянием. Физики показали, что при помощи двух различных методов возможно найти это основное состояние.

Результаты работы показывают важный ориентир для будущих исследований, проведенных при помощи алгоритмов квантового и машинного обучения. Их ученые могут использовать для исследования квантовой гравитации с помощью идеи голографической двойственности.

Взять и заглянуть внутрь черной дыры – невозможно. По крайней мере, пока что ученые не придумали, как это сделать. Зато они выдвинули множество теорий о том, что может находиться за горизонтом событий.

Согласно одной из теорий, материя в черной дыре пребывает в состоянии очень быстро вращающегося вихря. Объект, прошедший через горизонт событий, сильно увеличивается в длине и начинает вращаться вокруг центра, прямо как спагетти в кастрюле. Именно поэтому, ученые дали такому процессу название «спагеттификация».

Согласно работам Стивена Хокинга, излучение – единственное явление, которому удается вырваться из черной дыры. Исходя из этого можно сделать вывод, что со временем черные дыры пропадают. Исчезнуть они не могут, так как черная дыра – неразрушаемый объект, поэтому дыры просто «сходят на нет».

Так, Хокинг решил, что из черной дыры объект все-таки возвращается в наш мир в виде излучения. Однако это не значит, что если в дыру попадет, например, космонавт, через время он вернется живым и невредимым. В теории Хокинга речь идет о возможности сохранения квантовых чисел – зарядов элементарных частиц и переходах материи в антиматерию.

Эта теория звучит как самая оптимистичная, но, к сожалению, это лишь предположение, у которого не так много доказательств. Ученые предполагают, что невозможность выйти за пределы горизонта событий распространяется только на свет, а сам сверхмассивный гравитационный объект располагается очень далеко за самим горизонтом событий.

Эта теория родилась из вопроса: «Если за пределы черной дыры свет выйти не может, то что с ним происходит внутри нее?». Так, ученые не исключают, что внутри черных дыр находится не абсолютная темнота, а вполне реальные вселенные, которые в отличие от нашей, находятся там в сжатом виде.

Эту теорию тоже высказал Стивен Хокинг. Он предположил, что то самое состояние сингулярности в черной дыре может быть вполне реальной альтернативной пространственно-временной вселенной. Если пофантазировать, согласно этой теории, можно попадать в другие миры! Вот только вернуться оттуда, к сожалению, не получится.