Побег из чёрной дыры.

Предпосылки к научной революции.

10 апреля 2019 года человечества впервые увидела чёрную дыру. Команда Телескопа Горизонта событий (EHT) , которая использует сеть радиообсерваторий по всей Земле, поделилась снимками, сделанными из видимой чёрной дыры с массой в 6.7 миллиард раз больше, чем у нашего Солнца. Такой массивный объект обнаружили в галактике М87. Это поистине потрясающее достижение, во-первых, мы увидели то, о чём могли только говорить, а во-вторых, изображения и последующие наблюдения начинают давать свои плоды в решении главной физической загадки.

Эта загадка является «парадоксом» того, что происходит с информацией в черной дыре. Исследуя этот вопрос, физики обнаружили, что само существование черных дыр несовместимо с квантово-механическими законами, которые до сих пор описывают все остальное в нашей вселенной. Устранение этой несогласованности может потребовать очень серьёзной и глубокой концептуальной революции.

Проблема информации.

Черные дыры, хотя и являются очень загадочными объектами, в космосе встречаются повсеместно. Наблюдения EHT и измерения гравитационных волн являются лишь последним и наиболее убедительным доказательством того, что черные дыры, действительно существуют. И все же само их наличие угрожает существующим основам физики. Считается, что основные принципы квантовой механики управляют всеми другими законами природы, но когда они применяются к черным дырам, происходит противоречие, выявляющее недостаток в нынешней форме этих законов.

Проблема возникает из одного из самых простых вопросов, которые мы можем задать о черных дырах: что происходит с вещами, которые попадают в них? Стоит отметить, что согласно нашим нынешним квантово-механическим законам, материя и энергия могут изменяться между различными формами. Но единственное, что является священным и никогда не разрушается, это квантовая информация. И, следовательно, вопрос звучит так: что происходит с квантовой информацией, которая попадает в чёрную дыру?

Что мы знаем?

Наше понимание чёрных дыр исходит из общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая описывает гравитацию, как явление возникающее из искривления пространства и времени. Эта деформация пространства-времени вызывает изгиб траекторий массивных тел и света, и мы называем это гравитацией. Если большая масса сконцентрирована в маленькой области, то  деформация пространства-времени поблизости настолько сильна, что сам свет не может покинуть область внутри того, что мы называем горизонтом событий. Это и есть чёрные дыры. И если ничто не может путешествовать быстрее света, включая информацию, все должно застрять внутри этой границы. Черные дыры превращаются в космические воронки, улавливающие информацию вместе со светом.

Открытие Стивена Хокинга.

Открытие Стивена Хокинга 1974 года вызвало большой кризис в физике. Суть заключается в том, что Хокинг открыл явление испарения чёрных дыр. Если сильно упростить его работу, то после разрушения чёрной дыры мы обнаружим частицы, которые несли в себе какую-то информацию, а после разрушения, по существу не несут никакой информации. Подробнее Вы можете ознакомиться с данной темой перейдя по ссылке.

Существует большое количество альтернатив, так называемые - квантовые альтернативы, их суть в том, что они даю дополнительные сценарии для анализа Хокинга. В качестве альтернативы, более поздней версией остаточного сценария является предложение о том, что вместо черной дыры с горизонтом событий образуется массивный остаток с поверхностным «огненным барьером» из высокоэнергетических частиц там, где будет горизонт. Этот брандмауэр сожжет все, что с ним соприкоснётся, превратив его в чистую энергию, которая дополнит его (брандмауэр).

Наши представления о пространстве и времени, лежащие в основе остальной науки, по-видимому, требуют значительного пересмотра.

EHT уже исключил самые дикие альтернативы, которые можно было бы рассмотреть в попытке дать логически непротиворечивое описание черных дыр.Чтобы узнать больше, важно расширить и улучшить измерения как EHT, так и гравитационных волн. Для EHT было бы полезно иметь более длительные наблюдения, а также изображения других объектов, таких как центральная черная дыра нашей галактики. Для гравитационных волн было бы полезно больше наблюдений с повышенной чувствительностью, и это станет возможным, когда в Японии и Индии появятся дополнительные детекторы, которые добавятся к существующим аппаратам в США и Европе. 

Независимо от того, как разрешится кризис, черные дыры содержат важные подсказки для базовой квантовой физики, а также для самой природы пространства и времени. Как и в случае с атомом и квантовой механикой, лучшее понимание черных дыр, вероятно, поможет совершить следующую концептуальную революцию в физике. EHT и наблюдения гравитационных волн могут предоставить нам ключевую информацию, либо исключив сценарии квантовой черной дыры, либо обнаружив новые явления, связанные с ними.