Большого взрыва не было, а Черные дыры не существуют – доказано математически. Существуют ли черные дыры Доказано ли существование черных дыр

Американский ученый высказал предположение, что черных дыр – одного из «краеугольных камней» современной физики – нет и быть не может. Предложенная им теория объясняет феномен темной энергии во Вселенной.

Согласно данным наблюдений движения галактик, проводившимся в последние годы, Вселенная на 70% состоит из так называемой «темной», или невидимой, энергии, благодаря которой она расширяется с непрерывно возрастающей скоростью.

Как сообщает Nature, Джордж Чаплин (George Chapline) из национальной лаборатории им. Лоуренса в Ливерморе высказал предположение, что коллапс массивных звезд приводит к образованию не черных дыр, как полагает современная астрофизика, а особых звезд, содержащих темную энергию. «Черных дыр почти наверняка не существует», - утверждает он.

До сих пор считалось, что черные дыры являются одним из наиболее убедительных подтверждений правоты общей теории относительности Эйнштейна, согласно положениям которой гравитация - не что иное как свойство пространства-времени, деформируемого массивными телами. Согласно теоретическим положениям, при неудержимом сжатии звезды с массой, превышающей некое пороговое значение, коллапс этот продолжается до тех пор, пока она не «схлопнется» в точку, из «капкана» которой неспособно вырваться даже электромагнитное излучение.

Правда, сам Эйнштейн, указывает Джордж Чаплин, в существование черных дыр не верил. «К сожалению, он не пояснил, почему именно» - говорит г-н Чаплин. Корень проблемы, по всей видимости - в квантовой механике, другой революционной теории ХХ века, в формировании которой Эйнштейн также принял самое непосредственное участие.

С точки зрения общей теории относительности, «универсального времени» во Вселенной не существует. Более того, скорость хода часов, вообще говоря, непостоянна и зависит от того, где они находятся. В то же время квантовая механика, как указывает Джордж Чаплин, имеет смысл только в том случае, если универсальное время все-таки существует - в противном случае ее аппарат просто неприменим.

В особенности вопиющее расхождение двух теорий проявляется при попытке описания физики событий, происходящих у так называемого «горизонта событий» гипотетической черной дыры. Удаленному наблюдателю будет казаться, что время здесь практически остановилось. Но для экипажа звездолета, падающего в "мысленном эксперименте" на черную дыру, время будет идти как обычно. «Общая теория относительности предсказывает, что в горизонте событий ничего не произойдет», - говорит г-н Чаплин.

Тем не менее, еще три десятка лет назад теоретики указали на то, что материя, согласно законам квантовой механики, должна у горизонта событий становиться «гиперчувствительной» к малейшим возмущениям. «Этот результат быстро позабыли, - говорит г-н Чаплин, - поскольку он не согласуется с предсказаниями общей теории относительности. Но на самом деле результат абсолютно верен».

Странное поведение материи, указывает он, является характерным признаком качественного «фазового перехода» пространственно-временного континуума. При этом коллапс массивной звезды приводит не к образованию черной дыры, а к появлению объекта («звезды»), состоящей из темной энергии, вследствие чего возникают интересные и загадочные гравитационные эффекты.

Снаружи такая звезда будет напоминать черную дыру с мощным гравитационным полем. Но вот внутри нее «отрицательная» гравитация темной энергии может привести к тому, что вещество будет «отскакивать» от нее. Если звезда будет достаточно большой, указывает г-н Чаплин в своей статье, «отскочившие» от нее электроны превратятся в собственные античастицы - позитроны - которые при аннигиляции с электронами приведут к образованию характерного гамма-излучения. При этом спектр излучения гипотетического объекта массой 1 млн. масс Солнца в области единиц МэВ хорошо согласуется с распределением 511 КэВ аннигиляционного излучения, приходящего из центральной области Галактики. Этот спектр очень похож также на спектр гамма-вспышек, что позволяет интерпретировать их как результат падения вещества, но не на черные дыры, а на звезды с темной энергией. По мнению Джорджа Чаплина, Вселенная изобилует «примордиальными» звездами с темной энергией, образовавшимися на заре развития Вселенной не вследствие коллапса звезд, а в результате деформации пространства-времени.

Черные дыры — термин, придуманный в 1967 году американским физиком-теоретиком Джоном Уилером. Так он назвал область в пространстве, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Существование черных дыр лежит в основе множества теорий, описывающих эволюцию галактик и звезд, хотя вопрос об их реальном существовании связан с тем, насколько верна теория гравитации. Несмотря на то, что их существование у большинства ученых не вызывает сомнений, формально эти объекты считаются гипотетическими.

Поскольку черные дыры не излучают свет и не отражают его, выявить их наличие можно только теоретическими методами — например, ученые указывают на быстрое вращение звезд и отклонение лучей света рядом с центрами галактик. Основной характеристикой черной дыры является размер ее горизонта событий — границы, попав за которую, уже ничто не сможет вернуться обратно.

В 1974 году знаменитый ученый Стивен Хокинг высказал гипотезу, согласно которой черные дыры должны исчезать. Мерсини-Хоутон описывает совершенно новый сценарий: ее расчеты показали, что при коллапсе звезды возникает так называемое излучение Хокинга, которое заставляет звезду стремительно терять свою массу под действием собственной гравитации. Причем настолько стремительно, что она не становится черной дырой, а просто взрывается, не образуя никаких горизонтов событий.

«Мы изучали эту проблему более 50 лет, но это решение заставляет нас о многом задуматься», — говорит Мерсини-Хоутон. Многие астрофизики считают, что наша Вселенная возникла из сингулярности, которая начала расширяться с момента Большого взрыва, однако, если черных дыр не существует, то им, очевидно, придется переосмыслить свои идеи.

Черные дыры, по крайней мере, не такие, какими мы их представляли

Черных дыр не существует - по крайней мере, в обычном понимании, считает известный физик Стивен Хокинг, подталкивая нас к переосмыслению одного из самых загадочных явлений космоса, сообщается в National Geographic .

Результаты нового исследования Хокинга также указывают на то, что черные дыры не имеют «стены огня» - разрушительного поля излучения, которое, по предположениям некоторых ученых, сжигает все, что через них проходит.

Согласно традиционному пониманию черных дыр, их гравитационные силы настолько огромны, что ничто не может их покинуть - даже свет, поэтому их и называют черными дырами. Граница, после прохождения которой, предположительно, нет возврата, известна как «горизонт событий».

В общеизвестном понимании, вся информация, которая проходит через горизонт событий черной дыры, исчезает. С другой стороны, согласно квантовой физике, которая лучше всего объясняет все, что происходит во Вселенной на уровне элементарных частиц, информация не может исчезнуть в никуда; это несоответствие привело к фундаментальному конфликту теорий.

Горизонта событий не существует

В настоящее время Хокинг предлагает следующее решение парадокса: черные дыры не имеют горизонта событий и, следовательно, не уничтожают информацию.

«Отсутствие горизонта событий означает, что черных дыр не существует - по крайней мере, в виде феноменов, которые не может покинуть свет», - пишет Хокинг в своей статье.

Хокинг предположил, что черные дыры имеют «видимый горизонт событий», который только временно задерживает материю и энергию, которые в конце концов вновь появляются в виде излучения. Это излучение обладает первоначальной информацией обо всем, что попадает в черные дыры, хотя в совершенно другом виде. Так как исходящая информация зашифрована, пишет Хокинг, нет практического способа воссоздать все, что попадает в черную дыру, основываясь на том, что из нее выходит. Зашифровка происходит из-за того, что видимый горизонт событий по своей природе хаотичен.

«Мы не можем воссоздать объекты, попавшие в черные дыры в их первоначальном виде, основываясь на исходящей информации», - пишет Хокинг.

Хокинг отменил стену огня

Предположения ученого о том, что горизонта событий нет, скорее всего, исключают существование так называемой стены огня - региона с мощным излучением, который мог находиться либо на самом горизонте событий, либо рядом с ним.

Стена огня подчиняется законам квантовой физики и объясняет загадку черных дыр с помощью так называемого AdS/CFT-соответствия . Но это ведет к другой проблеме, противопоставляемой эйнштейновскому принципу эквивалентности, который утверждает, что пересечение горизонта событий черной дыры является незаметным событием. Теоретически, астронавт, падающий в черную дыру, не поймет, что пересекает горизонт событий. Но если бы существовала стена огня, астронавт мгновенно сгорел бы заживо. Так как при этом нарушается принцип Эйнштейна, Хокинг и другие решили попытаться доказать, что видимой стены огня не существует.

«Все это выглядит так, как будто Хокинг меняет концепцию стены огня на «хаотическую стену», - говорит физик Джозеф Полчински из Института Кавли.

В своей последней работе Хокинг попытался объединить разногласия классической и квантовой физики. В классической теории из черной дыры ничто не способно «вырваться», но квантовая физика говорит о том, что материя и информация могут покидать черную дыру. Если Хокинг прав - то, что попадает в черную дыру, остается там «на хранении», а если информация и материя высвободятся, они будут иметь совершенно новый вид, и восстановить облик прежних объектов будет невозможно.

Ученый признаёт, что для объяснения всех процессов, происходящих как в черных дырах, так и вне их, придется решать еще многие задачи, в том числе объединение гравитации и других сил природы.

Под горизонтом событий черной дыры подразумевается точка невозврата при приближении к черной дыре. В общей теории относительности Эйнштейна, горизонт событий - это место, где пространство и время настолько деформированы под воздействием силы тяжести, что вы никогда не сможете оттуда уйти. Пересекая горизонт событий, вы можете двигаться только внутрь, никогда наружу. Однако односторонний горизонт событий приводит к тому, что известно как информационный парадокс.

Информационный парадокс берет начало в термодинамике, в частности во втором ее законе. В простейшей форме его можно объяснить, как "тепло переносится от горячего тела к холодному". Но закон более полезен, когда выражен в терминах энтропии. Таким образом, он формулируется как "энтропия системы не может уменьшаться". Многие люди интерпретируют энтропию, как уровень беспорядка в системе, или непригодную часть системы. Это означало бы, что вещи всегда должны становиться менее полезными с течением времени. Но энтропия зависит от уровня информации, необходимой для описания системы. Упорядоченную систему (например, шарики равномерно распределены по решетке) легко описать, так как объекты имеют простые связи друг с другом. С другой стороны, неупорядоченная система (шарики распределены беспорядочно) займет больше информации для описания, потому что это не простой шаблон на них. Таким образом, когда второй закон гласит, что энтропия никогда не может уменьшаться, предполагается, что физическая информация системы не может уменьшаться. Другими словами, информация не может быть уничтожена.

Проблема горизонта событий состоит в том, что вы могли бы бросить объект (с большой долей энтропии) в черную дыру, и энтропия должна просто уйти. Другими словами, энтропия Вселенной получится меньше, что будет нарушать второй закон термодинамики. Конечно, это не принимает во внимание квантовые эффекты, именно те, которые известны как излучение Хокинга, впервые предложенные Стивеном Хокингом в 1974 году.

Оригинальная идея излучения Хокинга связана с принципом неопределенности в квантовой теории. В квантовой теории есть пределы тому, что может быть известно об объекте. Например, вы не можете знать точно энергию объекта. Из-за этой неопределенности, энергия системы может колебаться спонтанно, при условии, что ее средний показатель остается неизменным. Хокинг показал, что вблизи горизонта событий черной дыры пары частиц могут появиться, когда одна частица оказывается в ловушке внутри горизонта событий (немного снижая массу черной дыры), а другая может избежать этого, в виде излучения (унося немного энергии черной дыры).

Так как эти квантовые частицы появляются парами, они "спутанны" (связаны в квантовом смысле). Это не имеет большого значения, если вы не хотите, чтобы излучение Хокинга излучало информацию, содержащуюся внутри черной дыры. В первоначальной формулировке Хокинга, частицы появились случайно, поэтому излучение, исходящие от черной дыры, было чисто случайным. Таким образом, излучение Хокинга не позволит вам восстановить любую захваченную информацию.

Чтобы разрешить излучению Хокинга вынести информацию из черной дыры, запутанная связь между парами частиц должна быть разбита на горизонте событий, поэтому частицы смогут затеряться с информационно-несущими веществами внутри черной дыры. Это нарушение первоначальной запутанности должно сделать выделяющиеся частицы проявляющимися, подобно интенсивной "огненной стене" на поверхности горизонта событий. Это означало бы, что все, направляющееся к черной дыре, не будет попадать в черную дыру. Вместо этого оно будет испаряться излучением Хокинга, когда достигнет горизонта событий. Казалось бы, что либо физическая информация объекта теряется, когда он падает в черную дыру (информационный парадокс), или объекты испаряются перед входом в нее (парадокс огненной стены).

В этой новой работе, Хокинг предлагает другой подход. Он утверждает, что вместо гравитационной деформации космоса и времени в горизонте событий, квантовые флуктуации излучения Хокинга создают слой турбулентности в этом регионе. Таким образом, вместо резкого горизонта событий, черная дыра будет иметь «кажущийся горизонт», который выглядит как горизонт событий, но позволяет информации просачиваться.

Если Стивен Хокинг прав, то он может разрешить парадокс информации/огненной стены, который преследует теоретическую физику. Черные дыры все еще существуют в астрофизическом смысле (одна в центре нашей галактики никуда не денется), но они будут лишены горизонта событий. Следует подчеркнуть, что работа Хокинга не рецензируемая, и ей немного не хватает деталей. Это, скорее, презентация идеи, а не детальное решения парадокса. Дальнейшие исследования будут необходимы, чтобы определить, станет ли эта идея решением, которое так долго искали.

Ученые предлагают переосмыслить происхождение Вселенной, пишет unc.edu.

Черные дыры уже давно захватили воображение публики и стали предметом массовой культуры. Они являются последним неизвестным - самые черные и самые плотные объекты во вселенной, которые не может покинуть даже свет.

И, как будто это не является столь странным для начала, но теперь в эту смесь можно добавить новый ингредиент: они не существуют.

Путем слияния двух, казалось бы, противоречивых теорий, Лаура Мерсини-Хоутон, профессор физики Университета Северной Каролины-Chapel Hill в колледже искусств и наук, доказала математически, что черные дыры никогда не возникали. Работа не только вынуждает исследователей переосмыслить ткань пространства-времени, но и переосмыслить происхождения Вселенной.

«Я до сих пор не могу отойти от шока», сказала Мерсини-Хоутон. «Мы изучали эту проблему в течение более чем 50 лет, и это решение дает нам много пищи для размышления».

В течение многих десятилетий считалось, что черные дыры, образуются, когда массивная звезда коллапсирует под действием собственной гравитации, превращаясь в точку пространства. Это та точка, где гравитационное притяжение черной дыры настолько сильно, что ничто не может избежать ее.

В 1974 году Стивен Хокинг использовал квантовую механику, чтобы показать, что черные дыры излучают. С тех пор ученые обнаружили отпечатки пальцев в космосе.

Но теперь Мерсини-Хоутон описывает совершенно новый сценарий. Она и Хокинг, оба соглашаются, что, когда звезда коллапсирует под действием собственной гравитации, она производит излучения Хокинга. Тем не менее, в своей новой работе, Мерсини-Хоутон показывает, что, выделяя это излучение, звезда также изливает массу. Настолько, что, как ее не сжимать она не может стать черной дырой.

Перед тем как черная дыра может сформироваться, умирающая звезда разбухает в последний раз, а затем взрывается. Сингулярность никогда не образуется и никакой горизонт событий не возникает. Главный вывод из ее работы таков: нет такой вещи, как черная дыра.

Документ, который был недавно представлен на ArXiv, онлайн хранилище работ в области физики, которые не рецензируются, предлагает точные численные решения этой проблемы. Работа была сделана в сотрудничестве с Харальдом Пайффером, экспертом по относительности чисел в Университете Торонто.

Экспериментальные данные могут в один прекрасный день обеспечить физическое доказательство по поводу того, что черные дыры во Вселенной не существуют. Но сейчас, Мерсини-Хоутон говорит, математически это доказано.

Многие физики и астрономы считают, что наша Вселенная возникла из сингулярности, которая начала расширяться с момента Большого взрыва. Однако, если сингулярность не существует, то физики должны переосмыслить свои идеи относительно Большого Взрыва и был ли он. Независимо от работы Мерсини-Хоутон по том, что черные дыры не существуют можно прочитать здесь, у российского автора - Тупиковые гипотезы современной физики. Почему не существует чёрных дыр. Где также приводятся математические доказательства.