Космічний парадокс: чому деякі фізики вважають, що ми живемо всередині чорної діри

Хоча вже багато чого знають вчені про чорні діри, все ж ці об'єкти залишаються загадкою, адже в них всередині не працюють деякі закони фізики. Ці фізичні парадокси зараз вчені намагаються вирішити. І водночас деякі фізики пропонують різні незвичайні теорії про чорні діри. Одна з теорій припускає, що ми живемо в голографічному Всесвіті й уся навколишня реальність закодована на кордоні нашого Всесвіту. Деякі фізики навіть вважають, що це означає, що наш Всесвіт знаходиться всередині чорної діри набагато більшого Всесвіту, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Чорні діри виникають після смерті масивних зірок, коли їхнє ядро стискається в дуже щільну ділянку космосу з дуже сильною гравітацією, що не дозволяє навіть світлу покинути межі чорної діри. Кінцевий стан чорної діри, коли вона досягає рівноваги, залежить лише від трьох параметрів: маси, моменту імпульсу та електричного заряду.

Парадокс чорної діри

Якщо у чорної діри є маса, а ці об'єкти обдають масою, що в мільйони разів перевищує масу Сонця, то згідно з першим законом термодинаміки вони повинні мати температуру, а відповідно до другого закону термодинаміки вони повинні випромінювати тепло. Знаменитий фізик Стівен Гокінг довів, що чорні діри випускають теплове випромінювання, відоме тепер як випромінювання Гокінга. При цьому чорні діри повинні випаровуватися і зникати.

Але Гокінг також вказав на наявність парадокса: якщо чорна діра може випаруватися, то частина інформації про поглинені об'єкти, що міститься в ній, буде назавжди втрачена. Інформація в тепловому випромінюванні не відтворює інформацію про матерію, раніше поглинену чорною дірою. Безповоротна втрата інформації суперечить квантовій механіці. Згідно з рівнянням Шредінгера, фізичні системи, які змінюються з часом, не можуть створювати або знищувати інформацію. Ця властивість називається унітарністю.

Це відомий інформаційний парадокс чорної діри, він порушує сучасне уявлення про Всесвіт. Вирішення цього парадоксу стало предметом багатьох досліджень. Одне з рішень було знайдено під час розгляду термодинаміки чорних дір у контексті теорії струн. Виходячи з цього, загальна кількість ступенів свободи, що містяться всередині чорної діри, визначається пропорційно площі поверхні її горизонту подій, а не її об'єму. Це дає змогу поглянути на ентропію чорної діри.

Всесвіт — це чорна діра

Для зовнішнього спостерігача інформація про ентропію чорної діри, яка була в тривимірній структурі об'єктів, що перетнули горизонт подій, здається втраченою. Але з цього погляду інформація закодована на двовимірній поверхні чорної діри, подібно до голограми. Отже, інформація, поглинена чорною дірою, може бути повністю відновлена в процесі квантового випаровування. Таким чином чорні діри не порушують другий закон термодинаміки, але це призводить до того, що фізику тривимірного об'єму можна описати на його двовимірній межі.

Існують припущення, що сам Всесвіт може бути чорною дірою, де всі процеси відбуваються на його межі, і вся навколишня реальність виникає в результаті цих взаємодій. Також існують припущення, що гравітація може виникнути як сила, що виникає з ентропії заплутування на кордоні.

Оскільки класична фізика краще описує наш Всесвіт, ці теорії не є дуже переконливими. Але є причини, через які деякі фізики ставляться до них дуже серйозно.

• Наприклад, щоб модель працювала, радіус Габбла, тобто радіус спостережуваного Всесвіту, має бути таким самим, як його радіус Шварцшильда, або розмір чорної діри, що виникла б, якби вся матерія всередині неї стиснулася в одну точку. Ці два параметри насправді напрочуд близькі, хоча це можна пояснити і космічним збігом.
• Інша причина полягає в тому, що деякі вчені все ж таки припускають, що ми можемо жити всередині чорної діри, набагато більшої за Всесвіт. Але поки що ця теорія не має переконливих доказів, які б виходили за рамки нинішнього розуміння фізики.

Як уже писав Фокус із найкращим поясненням того, як виникає золото у Всесвіті, щось не так. 7 років тому вчені виявили, що золото утворюється внаслідок злиття нейтронних зірок, але тепер виявилося, що не все сходиться.

Також Фокус писав про те, що невдала зірка допомагає розкрити одну з найбільших загадок планет-гігантів. Різні ізотопи азоту в молекулах аміаку на коричневому карлику дають підказку про те, як формуються гігантські планети.