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.

Не имеют четкого горизонта событий. Это заявление сделал никто иной, как Стивен Хокинг (Stephen Hawking ); так что значит, что черных дыр больше нет? Это зависит от того, правильна ли новая идея Хокинга, и от того, что вы подразумеваете под черной дырой. Заявление основано на новой статье Хокинга , в которой тот утверждает, что горизонта событий черной дыры не существует.

Горизонт событий, по существу, - это точка не возвращения, когда вы приближаетесь к черной дыре. В общей теории относительности Эйнштейна горизонт событий - это где пространство и время настолько деформированы гравитацией (притяжением, всемирным тяготением), что вы никогда не сможете убежать. Пересеките горизонт событий, и вы сможете двигаться только вперед, но не назад. Проблема с "односторонним" горизонтом событий в том, что это приводит к тому, что известно как информационный парадокс.

Профессор Стивен Хокинг во время полета в невесомости. Предоставлено: Zero G .

Информационный парадокс имеет свое происхождение в термодинамике, а именно второй закон термодинамики. В самой простой форме его можно сформулировать как "тепло течет от горячих объектов к холодным объектам". Но этот закон более полезен, когда он выражен в терминах энтропии. Этим способом он формулируется как "энтропия системы никогда не может уменьшиться". Многие люди интерпретируют энтропию как меру неупорядоченности системы, или "непригодная для использования" часть системы. Что означало бы, что все должно всегда становиться менее полезным со временем. Но энтропия - это на самом деле уровень информации, которая вам нужна для описания системы. Упорядоченную систему (так сказать, шарики равномерно, расположенные в сетке) просто описать, потому что объекты имеют простые связи друг с другом. С другой стороны, неупорядоченная система (шарики, разбросанные случайным образом) требует большей информации для описания, потому что не существует простого шаблона (модели) для них. Поэтому, когда второй закон гласит, что энтропия никогда не может уменьшаться, означает, что физическая информация системы не может уменьшаться. Другими словами, информация не может быть уничтожена.

Проблема с горизонтом событий в том, что вы могли бы бросить объект (с большой энтропией) в черную дыру, а энтропия просто бы "ушла" ("обнулилась"). Другими словами, энтропия вселенной стала бы меньше, что противоречит второму закону термодинамики. Конечно, он не принимает во внимание квантовые взаимодействия, а именно то, что известно как излучение Хокинга , которое Стивен Хокинг впервые предложил в 1974 году.

Первоначальная идея излучения Хокинга происходит из принципа неопределенности Гейзенберга квантовой физики. В квантовой физике (квантовой теории) существуют ограничения по тому, что может быть известно об объекте. Например, вы не можете знать точную энергию объекта. Из-за этой неопределенности энергия системы может колебаться спонтанно настолько, что в среднем остается постоянной. Хокинг продемонстрировал, что около горизонта событий могут появляться пары частиц, где одна частица становится захваченной внутри горизонта событий (чуть-чуть уменьшая массу черной дыры), в то время как другая может "убежать" как излучение (унося немного энергии черной дыры).

Излучение Хокинга около горизонта событий. Предоставлено: NAU.

Так как эти квантовые частицы появляются парами, они "запутанные" (квантово связанные). Это не имеет большого значения, пока вы не захотите, чтобы излучение Хокинга излучало информацию, содержащуюся внутри черной дыры. В первоначальной формулировке Хокинга , частицы появлялись случайно, поэтому излучение, испускаемое из черной дыры, было чисто случайным. Следовательно, излучение Хокинга не позволило бы вам возвратить любую захваченную информацию.

Чтобы позволить, чтобы излучение Хокинга переносило информацию из черной дыры, запутанная связь между парами частиц должна быть разрушена у горизонта событий, так что убегающая частица вместо этого может быть запутанной с материей, переносящей информацию внутри черной дыры. Это нарушение первоначальной запутанности заставило бы частицы быть похожими на сильный "файервол" (firewall, "стена огня") у поверхности горизонта событий. Это означало бы, что все падающее в черную дыру, не производило это в черной дыре. Вместо этого, материя бы испарялась при излучении Хокинга , когда она достигала бы горизонта событий. Тогда казалось бы, что либо физическая информация объекта теряется, когда он падает в черную дыру (информационный парадокс), либо объекты испаряются до входа в черную дыру (парадокс файервола).

В этой новой статье Хокинг предлагает другой подход. Он утверждает, что лучше вместо гравитации, искривляющей пространство и время в горизонте событий, квантовые флуктуации излучения Хокинга создают слой турбулентности в этой области. Поэтому вместо четкого горизонта событий, черная дыра имела бы видимый горизонт, который выглядит как горизонт событий, но позволяет просачиваться информации. Хокинг утверждает, что турбулентность была бы такой большой, что информация, покидающая черную дыру, была бы настолько перемешанной, что не подлежала бы восстановлению.

Если Стивен Хокинг прав, тогда это решило бы информационный/файервол парадокс, который "изводит" теоретическую физику. Черные дыры все еще бы существовали в астрофизике (та, что в центре нашей галактики, никуда не денется), но они потеряли бы горизонт событий. Следует подчеркнуть, что статья не была рецензирована, и немного не хватает подробностей. Это больше презентация идеи, а не подробное решение парадокса. Будут необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, является ли эта идея решением, которое мы ищем.

МОСКВА, 24 янв — РИА Новости. Британский физик-теоретик Стивен Хокинг, один из основателей современной теории черных дыр, предлагает пересмотреть одно из основных положений этой теории — существование "горизонта событий" черной дыры, из-за которого ни материя, ни энергия не могут вернуться во внешний мир; эта "тюрьма" только временная, а значит черных дыр в обычном понимании не существует, пишет физик в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета.

"В классической теории нет возможности покинуть черную дыру <…> (Квантовая теория) однако позволяет энергии и информации "бежать" из черной дыры", — говорит Хокинг, слова которого приводятся на сайте журнала Nature .

Одним из основных свойств черных дыр — как "обычных", возникающих при гравитационном коллапсе на поздней стадии эволюции массивных звезд, так и сверхмассивных в центрах галактик — является наличие горизонта событий или сферы Шварцшильда, границы, за которой гравитация черной дыры становится настолько большой, что вырваться оттуда можно только превысив скорость света. Поскольку скорость света — предельная скорость, то, согласно господствующим представлениям, ничто покинуть черную дыру не может.

Согласно теории Эйнштейна, астронавт, пролетевший через горизонт событий, не почувствует ничего — только позже, по мере приближения к центру черной дыры и росту градиента гравитации (разнице в силе тяготения в разных точках) его тело будет вытягиваться, пока не превратится в "спагетти" и попадет в сингулярность в центре.

В 2012 году американский физик Джозеф Полчински (Joseph Polchinski) основываясь на квантовой теории, пришел к выводу, что на горизонте событий должна возникать "стена огня" из частиц высоких энергий и потоков излучения. Однако это противоречило эйнштейновским представлениям. Хокинг предложил разрешить этот парадокс, "убрав" горизонт событий.

Согласно его предположениям, квантовые эффекты в окрестностях черной дыры настолько сильно искажают пространство-время, что четкая граница горизонта событий просто не может существовать. По мнению Хокинга, существует "кажущийся горизонт" (apparent horizon) — поверхность, на которой излучение, уходящее от центра черной дыры, лишь задерживается. В отличие от классического горизонта событий, "кажущийся" может в какой-то момент исчезнуть, и то, что было в черной дыре, может выйти наружу.

"Отсутствие горизонта событий означает, что не существует черных дыр как объектов, откуда излучение не может уйти никогда", — пишет Хокинг.

Сам ученый не описал причин, по которым кажущийся горизонт может исчезнуть, однако Дон Пэйдж (Don Page) из канадского университета Альберты полагает, что это может произойти, когда черная дыра за счет излучения Хокинга станет настолько малой, что гравитационные и квантовые эффекты станут неразличимы.

Чёрные дыры - области плотного вещества в пространстве, которые имеют настолько сильное притяжение, что никакие объекты, попавшиеся в поле тяготения черной дыры, не могут его покинуть. Черные дыры притягивают к себе даже свет, который проходит мимо. О том, что думает наука о существовании черных дыр и пойдет речь в нашей статье.

Чёрные дыры - области плотного вещества в пространстве, которые имеют настолько сильное притяжение, что никакие объекты, попавшиеся в поле тяготения черной дыры, не могут его покинуть. Черные дыры притягивают к себе даже свет, который проходит мимо. О том, что думает наука о существовании черных дыр и пойдет речь в нашей статье.

Границами черных дыр называются «горизонт событий», а ее величина – «гравитационный радиус».

Черные дыры, как и многие другие физические явления, сперва были открыты лишь в теории. Возможность их существования вытекает из некоторых уравнений Эйнштейна, они сходятся с теорией гравитации (но неизвестно, насколько она верна), которая, опять же теоретически, подтверждает их наличие.

В наше время возможность образования черных дыр подтверждает экспериментально проверенная общая теория относительности (ОТО). Регулярно появляются новые данные, которые анализируют и интерпретируют в рамках вышеназванной теории, которая подтверждает существование некоторых астрономических объектов, частично совпадающих с признаками чёрных дыр с массой 105-1010 масс Солнца. Следовательно, готовить о стопроцентном существовании черных дыр нельзя.

На сегодняшний день существует 2 реалистичных и 2 гипотетических варианта создания черных дыр: катастрофически быстрое сжатие массивной звезды или центра части галактики; и, соответственно, сотворение чёрных дыр как последствия Большого Взрыва и возникновение в ядерных реакциях высоких энергий.

Есть объекты, которые называют черными дырами просто из-за соответствия их некоторых свойств с черными дырами, к примеру, звезды, которые находятся на последней стадии гравитационного коллапса. Современная астрофизика этому различию не придаёт большого значения, так как наблюдаемые проявления «почти сколлапсировавшей» звезды и теоретически «настоящей» чёрной дыры практически идентичны.

Черные дыры не являются вечными. На первый взгляд кажется, что эти объекты лишь втягивают в себя все окружающее, но согласно квантовой теории тяготения, чёрная дыра, поглощая, должна непрерывно излучать, теряя при этом свою энергию. Чем больше «энергии-массы» потеряно, тем больше температура и скорость излучения, что в итоге приводит к взрыву. Остается что потом от черной дыры или нет, неизвестно, но ответ на этот вопрос даст квантовая теория гравитации, над которой собираются хорошенько поработать в ближайшие пару десятков лет.

Три теории существования черных дыр

Существует три интересные теории существования черных дыр:

Черных дыр во Вселенной конечное количество, они находятся в каждой галактике, следовательно, они могут являться способом перемещения в пространстве, своеобразным телепортом – зашел в эту черную дыру, вышел из другой. Причем можно «регулировать» не только место, в которое попадешь, но и время.

Согласно теории множественности миров Хью Эверетта, количество Вселенных бесконечно. Благодаря этому появилась гипотеза, что черные дыры являются проходом в другую Вселенную. Физические законы во всех Вселенных могут различаться, но лишь проходные пункты – черны дыры – незыблемы, хоть и не вечны.

Черные дыры поглощают все находящееся в поле тяготения. Если на черную дыру будет падать человек – внутренний наблюдатель, и за ним кто-то будет смотреть – внешний наблюдатель, то в теории может случиться такая ситуация: падающий на черную дыру человек увидит, как время для него замедляется и останавливается на вечность, а «окружающее» время, согласно теории английского математика и физика-теоретика Пенроуза, время развития Вселенной, увеличивается с такой скоростью, что он, внутренний наблюдатель, успевает увидеть и коллапс нашего пространства, и все существующие реальности, и все объекты, которые когда-то попались в черную дыру. С точки зрения внешнего наблюдателя, внутренний подлетит к черной дыре и остановится, словно чего-то ожидая. Вселенная, согласно теории, не допускает существования внутренних и внешних наблюдателей одновременно. Спустя минуту субъективного времени прыгнувшего на черную дыру человека, но спустя миллиарды лет с точки зрения внешнего наблюдателя, падающий с удивлением увидит, как в его дыру начинают попадать его сильно постаревшие «внешние» приятели, а его «родная» чёрная дыра начнет сливаться со всеми другими черными дырами… Следовательно, все внешние наблюдатели одновременно станут внутренними, и вот они уже все вместе летят к Коллапсу Вселенной.

С учетом вышеназванных фактов существования черных дыр, есть и те, кто их опровергает. Профессора физики Лаура Марсини-Хоутон из Северной Каролины утверждает, что черных дыр просто не может быть. Аргументирует она это тем, что прямых доказательств их существования нет, а косвенные могут быть ошибочными. Впрочем, пока это лишь теория.

На данном этапе развития наука не в состоянии ни подтвердить или опровергнуть существование черных дыр. Остается ждать новых наблюдений, их анализа и каких-то последующих ответов на эти вопросы.

Черных дыр не существует? September 29th, 2014

И как будто всего этого было недостаточно: сейчас появилась информация, что они и вовсе не существуют. Женщина математически доказала , что таких астрофизических объектов, как черные дыры, в природе просто не может существовать.

Давайте узнаем подробнее, что же это за версия в науке …

Объединив две, на первый взгляд, противоположные теории, Лаура Мерсини-Хьюстон (Laura Mersini-Houghton), профессор физики Колледжа наук и искусств Университета Северной Каролины (США), математически доказала, что черные дыры вообще не могли существовать. Ее исследование не только заставляет ученых переосмыслить ткань пространства-времени, но также и вновь задуматься над происхождением Вселенной.

Черные дыры - термин, популяризированный полвека назад американским теоретиком Джоном Уилером, - сверхмассивные релятивистские объекты, существование которых лежит в основе множества астрофизических теорий, описывающих эволюцию галактик, звезд, квазаров. И хотя сегодня их существование у большинства астрономов не вызывает сомнений, формально эти объекты считаются гипотетическими.

Поскольку эти объекты ни излучают свой, ни отражают чужой свет, определять их наличие можно только косвенными методами. Так, ученых убеждает в их существовании быстрое вращение звезд рядом с центрами галактик и отклонение лучей света (линзирование), которое наблюдается в окрестностях этих сильно гравитирующих объектов.

Астрономам известны черные дыры двух типов - звездных масс и сверхмассивные черные дыры массой в миллиарды масс Солнца.

Ведутся споры о существовании черных дыр промежуточных масс. Считается, что первый тип образуется при коллапсе массивных звезд, когда звезда, раздувшись, сбрасывает внешние слои и коллапсирует внутрь себя под действием собственной гравитации. Происхождение же сверхмассивных черных дыр вызывает у астрономов споры: то ли они формировались одновременно со Вселенной в сгустках темной материи, то ли при коллапсе больших газовых облаков.

То же самое произойдет, если Землю сжать до размеров грецкого ореха: ее плотность возрастет настолько, что ни одно тело не сможет оторваться от ее поверхности, даже двигаясь со скоростью света.

Основной характеристикой черной дыры является размер ее горизонта событий - воображаемой поверхности, попав за которую ни тело, ни информация уже не могут попасть обратно. Прелесть черных дыр в том, что они противопоставляют друг другу две фундаментальные физические теории - эйнштейновскую теорию гравитации, из которой вытекает возможность их существования, и квантовую теорию, которая постулирует, что никакая информация во Вселенной не может никуда исчезнуть.

В 1974 году известный британский ученый Стивен Хокинг предсказал, что черные дыры должны испаряться. Квантовая теория гласит, что в физическом вакууме постоянно рождаются пары частица - античастица. При этом рождение таких пар у горизонта событий допускает возможность, что одна частица упадет на черную дыру, а другая - нет. Так, улетевшие частицы могут уносить массу дыр за счет так называемого излучения Хокинга.

Примечательно, что свою теорию Хокинг выдвинул вскоре после того, как в 1973 году встречался в Москве с советскими физиками Яковом Зельдовичем и Алексеем Старобинским.

Они убедили Хокинга в том, что вращающаяся черная дыра может испускать электромагнитные волны и частицы.

Марсини-Хоутон математически описала процесс коллапса массивных звезд и пришла к парадоксу. Ее расчеты показали, что при коллапсе звезды возникает излучение Хоккинга, которое заставляет звезду стремительно терять свою массу.

Причем настолько стремительно, что плотность внутренних областей перестает расти и образование черной дыры останавливается.

«Я сама не могу оправиться от шока. Мы изучали эту проблему более 50 лет, и это решение заставляет нас о многом задуматься», - сказала исследовательница.

Исследование, которое было направлено в базу ArXiv , онлайн хранилище исследований в области физики, которые не рецензируются, содержит точные математические решения этой проблемы и подготовлено в сотрудничестве с Гаральдом Пайффером (Harald Peiffer), экспертом в области математической относительности из Университета Торонто (Канада). Более раннее исследование Мерсини-Хьюстон, также направленное в ArXiv в июне, было опубликовано в журнале Physics Letters B и содержит приблизительное решение исследуемой проблемы.

Экспериментальные данные когда-нибудь могут представить физическое доказательство, существуют ли черные дыры во Вселенной. Однако на данный момент, по словам Мерсини-Хьюстон, математические выводы являются окончательными.

Многие физики и астрономы полагают, что наша Вселенная возникла из сингулярности, которая стала расширяться после Большой взрыва. Однако если сингулярностей не существует, ученым придется вновь обдумать теорию Большого взрыва и даже вопрос о том, произошел ли он в действительности.

«Физики пытались объединить эти две теории – теорию гравитации Эйнштейна и квантовую механику – на протяжении десятилетий, и этот сценарий приводит теории в гармонию, — говорит Мерсини-Хьюстон. – Это очень важно».

Что на самом деле остается на месте массивных звезд, могут дать дальнейшие наблюдения. Взрывы массивных звезд уже наблюдались в новейшую историю, так, в 1987 году астрономы наблюдали ярчайшую вспышку сверхновой SN 1987A. Однако ни черной дыры, ни нейтронной звезды на ее месте пока не обнаружено.