В рамках теории петлевой квантовой гравитации, новые точные математические уравнения, разработанные Абэем Аштекаром и его соавторами, позволяют глубже понять процессы, происходящие внутри черных дыр.
Теория петлевой квантовой гравитации применяет принципы квантовой механики для развития гравитационной физики, выходящей за рамки Общей теории относительности Эйнштейна. Две новые работы, опубликованные в журналах Physical Review Letters ( 1) и Physical Review D (2), изучают квантовые аспекты внутренней структуры черной дыры.
Чёрные дыры — это загадочные объекты, имеющие внешнюю границу, называемую горизонтом событий. Всё, что пересекает эту границу, включая свет, оказывается удержанным внутри.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, объект, пересекший горизонт событий, неизбежно направляется к центру черной дыры, сингулярности, где будет полностью уничтожен. В этой точке сингулярности гравитационное притяжение становится бесконечным, и все известные законы физики, в том числе и теория Эйнштейна, утрачивают свою действенность.
Уже несколько десятилетий физики-теоретики исследуют вопрос о существовании сингулярности, используя сложные математические модели, однако пока без значительных результатов.
«На сегодняшний день наиболее точной теорией гравитации является Общая теория относительности, однако она не лишена ограничений, — отмечает профессор Абэй Аштекар, директор Института гравитации и космоса Университета штата Пенсильвания. — В частности, Общая теория относительности предсказывает, существуют во Вселенной области, в которых гравитация достигает бесконечных значений, а само пространство-время завершается. Эти точки называются сингулярностями. Однако, даже Альберт Эйнштейн признавал, что подобное ограничение Общей теории относительности связано с тем, что в ней не рассматриваются принципы квантовой механики».
Профессор Аштекар и его соавторы создали новые математические формулы, которые описывают черные дыры в рамках петлевой квантовой гравитации и демонстрируют отсутствие сингулярностей в них.
«Согласно теории Эйнштейна, пространство-время представляет собой структуру, которую можно разделить на компоненты произвольного размера. Это, в основном, связано с сингулярностями, в которых гравитационное поле достигает бесконечности, — отмечает соавтор исследования, профессор Парамприт Сингх из Университета штата Луизиана. В рамках петлевой квантовой гравитации пространство-время имеет дискретную, плиточную структуру, и его нельзя разделить на составляющие, меньшие минимального элемента. Исследование показало, что это свойство характерно и для черных дыр, что указывает на отсутствие сингулярностей».
В качестве альтернативы сингулярности – петлевая квантовая гравитация предсказывает воронку в другое ответвление пространства-времени.
«Профессор Аштекар поясняет, что эти элементы плиточного строения геометрии, называемые квантовыми возмущениями, устраняют проблему сингулярности в гораздо большей степени, чем позволяют современные технологии, однако у нас имеются точные математические уравнения, предсказывающие их поведение.