Стівен Хокінг поставив під сумнів існування горизонту подій у чорних дір

Чорні діри привертають увагу фізиків і астрономів оскільки являють собою унікальну природну лабораторію для вивчення гравітаційних ефектів, які ми не можемо побачити на Землі. Багато вчених займалися протягом століть вивченням загиблих зірок, якими є чорні діри. Але найвідомішим з них став британський космолог з Кембриджського університету Стівен Хокінг (Stephen Hawking).

Будучи прихильником квантової механіки, Хокінг вивчає чорні діри з точки зору саме квантових моделей, намагаючись з їх допомогою пояснити класико-механічні явища і прояви Теорії відносності Ейнштейна.

Вивчення чорних дір в першу чергу впирається в поняття горизонту подій - якоїсь гіпотетичної сфери навколо точки гравітаційної сингулярності. за межі якої ніщо не може вийти. І під "ніщо" космологи увазі і матерію, і енергію, і навіть інформацію.

У своїй новій роботі космолог ставить під великий сумнів саме існування горизонту подій. Замість цього він вводить новий термін - "видимий горизонт" (apparent horizon), маючи на увазі, що уявна сфера лише тимчасово утримує матерію і енергію, але в кінцевому рахунку випускає їх, хоч і в спотвореному вигляді.

Фізики люблять розповідати про чорні діри за допомогою наступного уявного експерименту: що було б з космонавтом, якби він випадково наблизився до чорної діри на критичну відстань? Прихильники класичної механіки говорять, що він би непомітно пройшов через горизонт подій, після чого б його стало засмоктувати всередину, при цьому нещасного б розтягнуло в довгу макаронину, атом за атомом. А потім він би виявився упакований в нескінченно щільне ядро ​​чорної діри - точку сингулярності.

Полчінскі виявив, що квантова механіка видає абсолютно іншу версію розвитку подій. Горизонт подій, по квантово-механічним моделям, повинен являти собою вкрай високоенергетичну зону, щось на зразок вогняної стіни, яка смажила б горе-космонавта до хрусткої скоринки.

Але такий сценарій обурив би Ейнштейна: згідно Загальної теорії відносності, гіпотетичний спостерігач буде однаково сприймати закони фізики як у вільному польоті через галактику, так і при падінні в чорну діру. Хокінг запропонував третій варіант, який математично простий і не "дивує" квантову механіку або Загальну теорію відносності.

Ідея проста: по Хокингу, горизонту подій і зовсім не існує. Квантові ефекти, що виникають поблизу чорної діри, викликають різкі просторово-часові флуктуації, і ці коливання настільки великі, що сувора межа, на кшталт горизонту подій, просто не може виникнути.

Так званий "видимий горизонт", альтернатива горизонту подій, являє собою якусь поверхню, яка стримує промені світла, які намагаються покинути чорну діру. Це явище в певному сенсі збігається з горизонтом подій, проте між двома поняттями все ж є різниця. Якщо і та, і інша межа, не випускатиме за свої межі світло, то горизонт подій буде з часом скорочуватися, а видимий горизонт - розбухати.

Останнє очевидно, чим більше матерії поглине чорна діра, тим більшою вона стане і, відповідно, розширяться її межі. А осідання горизонту подій Хокінг пояснив ще в 1974 році, коли ввів поняття випромінювання Хокінга. деякі частинки все ж залишають іноді межі загиблої зірки, але вдається це переважно фотонам. А чим менше часток містить чорна діра, тим вже її горизонт подій.

Колеги Хокінга, які не брали участі в його роботі, відзначають, що такими ідеями космолог спростовує існування чорних дір як таких. По-перше, за своєю природою видимий горизонт може в один прекрасний день зникнути, і все, що було коли-небудь захоплено чорною дірою, вийде у відкритий космос, нехай і не в первісній формі.

А по-друге, відсутність горизонту подій ставить під сумнів наявність гравітаційної сингулярності в центрі чорної діри. Замість класичних уявлень про долю космонавта або будь-якого предмета у чорної діри, матерія буде лише тимчасово зберігатися за видимим горизонтом і поступово рухатися до центру під дією гравітації ядра. Але ніщо не виявиться "упакованим" в точку сингулярності, а інформація про матерії і зовсім покине межі чорної діри разом з випромінюванням Хокінга, хоча і в дуже спотвореному вигляді.

Полчінскі, ознайомившись зі статтею Хокінга, висловив сумнів з приводу існування в природі чорних дір без горизонту подій. Флуктуації простору-часу, які потрібні для стирання цієї межі, повинні бути занадто потужними, а нічого подібного астрофізики поки не спостерігали. Ейнштейн описував чорні діри майже як звичайні джерела потужного гравітаційного поля, і в цьому сенсі його теорія набагато простіше, хоч і не враховує багатьох інших фізичних аспектів.