192
Ученые нашли способ создавать черные дыры без таинственных сингулярностей, где физика рушится. Используя чистую гравитацию, а не экзотическую материю, их новая модель бросает вызов предыдущим теориям и приближает нас к пониманию подлинной природы пространства-времени. Этот прорыв не только упрощает условия для образования черных дыр, но и согласуется с фундаментальными законами термодинамики. Исследование открывает двери для новых астрофизических применений и, наконец, может выявить, как Вселенная предотвращает образование сингулярностей.
Черные дыры без сингулярностей
Считается, что черные дыры, как описано в теории общей относительности Альберта Эйнштейна, содержат сингулярности – точки, где законы физики больше не действуют. Понимание того, как эти сингулярности могут быть решены в рамках квантовой гравитации, остается одной из самых больших проблем в теоретической физике. Теперь исследователи из Института космических наук Университета Барселоны (ICCUB) совершили новаторское открытие. Они впервые продемонстрировали, что черные дыры могут образовываться исключительно благодаря гравитационным эффектам, не требуя экзотической материи – ингредиента, от которого зависели некоторые предыдущие модели.
Опубликован в Физика Письма B, этот вывод открывает новое понимание квантовой природы гравитации и может изменить наше понимание подлинной структуры пространства-времени.
Экзотика больше не нужна
Срок экзотическая материя касается типа материи, обладающей необычными свойствами, отсутствующими в обычной материи. Он часто имеет отрицательную плотность энергии, создает гравитационные отталкивающие эффекты и может нарушать определенные энергетические условия в общей теории относительности. Экзотическая материя в основном теоретическая и не наблюдалась в природе, но используется в моделях для исследования таких концепций, как червоточины, путешествия скорее света и разрешение сингулярностей черных дыр.
Новое исследование математически демонстрирует, что бесконечная серия гравитационных поправок высшего порядка может устранить эти сингулярности и привести к так называемым регулярных черных дыр.
Чистая гравитация и обычные черные дыры
В отличие от предыдущих моделей, требовавших экзотической материи, это новое исследование показывает, что чистая гравитация – без дополнительных полей материи – может генерировать регулярные черные дыры без сингулярностей. Это открытие представляет собой значительный отход от предыдущих теорий и упрощает условия, необходимые для регулярных чёрных дыр.
«Красота нашей конструкции состоит в том, что она основана лишь на модификациях уравнений Эйнштейна, естественным образом предусмотренных квантовой гравитацией. Никаких других компонентов не нужно», – говорит исследователь Пабло А. Кано кафедры квантовой физики и астрофизики физического факультета и ICCUB.
Теории, разработанные командой ICCUB, применимы к любому измерению пространства-времени, превышающему или равному пяти. «Причина рассмотрения высших размерностей пространства-времени чисто техническая, — говорит Кано, — поскольку это позволяет нам уменьшить математическую сложность проблемы». Однако исследователи говорят, что «те же выводы должны касаться нашего четырехмерного пространства-времени».
Раскрытие тайны сингулярностей
«Большинство ученых согласны с тем, что сингулярности общей теории относительности должны быть окончательно решены, хотя мы очень мало знаем о том, как этот процесс может быть достигнут. Наша работа предоставляет первый механизм для достижения этого надежным способом, хотя при определенных предположениях о симметрии», — объясняет Робби Хеннигар (UB и ICCUB). "Пока не ясно, как природа препятствует образованию сингулярностей во Вселенной, но мы надеемся, что наша модель поможет нам лучше понять этот процесс", - говорит эксперт.
Термодинамика и астрофизика
Исследование также изучает термодинамические свойства этих регулярных черных дыр и показывает, что они соответствуют первому закону термодинамики. Разработанные теории обеспечивают надежную основу для понимания термодинамики черных дыр совершенно универсальным и однозначным способом. Эта последовательность добавляет доверия и потенциальной применимости к выводам. Исследователи планируют распространить свою работу на четырехмерное пространство и исследовать последствия своих выводов в различных астрофизических сценариях. Они также стремятся исследовать стабильность и возможные сигнатуры наблюдений этих регулярных черных дыр.
«Эти теории не только предполагают черные дыры без сингулярности, но также позволяют нам понять, как эти объекты образуются и какова судьба материи, попадающей в черную дыру. Мы уже работаем над этими вопросами и ожидаем получить действительно увлекательные результаты», — заключает Кано.
