Физики говорят, что нашли способ определения голой сингулярности

Черные дыры. Безумно плотные космические объекты, обладающие такой мощной гравитацией, что она искривляет пространство-время, а также наши нынешние законы физики, в конечном итоге создавая сингулярность. К счастью, Вселенная защищает нас от этих объектов, создавая вокруг них горизонт событий. Мы не можем видеть черные дыры, но можем увидеть границы ее горизонта событий. Однако сейчас физики заявляют, что нашли способ, как обнаружить голую сингулярность, попутно при этом проверив на прочность парочку законов нашей классической физики.

«Голая сингулярность, если это явление действительно существует, скорее всего, будет представлена в виде грубого разрыва ткани реальности, дыры, искажающей не только пространство-время, но и все законы физики, где бы она ни появилась, что лишало бы ее всякого рода предсказуемости», — комментирует Аванеш Пандей, автор научной колонки издания IB Times.

Если такое объяснение вводит вас в легкий ступор – не переживайте. Все это исследование, о котором мы сегодня поговорим, — чистая теория, основанная на одном серьезном предположении о том, что голая сингулярность на самом деле существует в нашей Вселенной, хотя нынешний уровень нашей физики и не позволяет нам это подтвердить.

И все же, согласно общей теории относительности Эйнштейна, а также нашим лучшим на сегодняшний день компьютерным моделям, голая сингулярность действительно возможна. Так что же это такое? Сингулярность может появляться при звездном коллапсе, когда жизненный цикл звезды подходит к своему завершению и в пространстве создается некая область с такой огромной плотностью, что наша физика не в состоянии объяснить, что же в этой области происходит.

В самой физике есть два раздела, позволяющие понять нашу реальность: квантовая механика, которая объясняет взаимодействие между мельчайшими частицами (субатомными частицами) во Вселенной, а также общая теория относительности, которая описывает то, что мы можем видеть своими глазами (поведение звезд, галактик и так далее). Проблема заключается в том, что оба этих раздела по-разному объясняют сингулярность и предсказывают ее поведение.

Мы никогда не рассматривали вопрос сингулярности с практической точки зрения, потому как все сингулярности, о которых нам известно и о которых мы можем догадываться, заключены непосредственно в черных дырах, в их центрах, окруженных горизонтом событий, после пересечения границ которого ничто, даже свет, не способно избежать дальнейшей участи навсегда быть поглощенным. Был, конечно, еще один вариант – изучить сингулярность, из которой родилась вся Вселенная (согласно теории Большого взрыва) но, к сожалению, мы не обладаем возможностью заглянуть в прошлое.

Что же касается голой сингулярности, то это теоретическая сингулярность, игнорирующая законы Вселенной в отношении черных дыр, и этому есть объяснение. Рассмотрим наглядный пример. Ниже вы можете видеть схематичную иллюстрацию черной дыры. Слева она окружена горизонтом событий (пунктирным кругом). Справа показана голая сингулярность. Стрелками показан свет, который в случае черной дыры с горизонтом событий не сможет его покинуть, а в случае голой сингулярности – сможет.

Если предположить, что голая сингулярность действительно существует, то самый большой вопрос будет заключаться в том, как мы сможем определить голую сингулярность и отличить ее от обычной черной дыры. В этом как раз и пытается разобраться новое исследование.

Ученые из индийского Института фундаментальных исследований Тата предложили двухступенчатый план, основанный на устойчивом предположении о том, что сами по себе сингулярности представляют собой вращающиеся объекты, как черные дыры.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, ткань пространства-времени, находящаяся рядом с любыми вращающимися объектами, сама начинает «закручиваться» с учетом этого вращения. И этот эффект создает гироскопический момент, делая орбиты вращающихся вокруг таких объектов частиц «прецессированными», то есть изменяет ось их вращения.

Ниже можно понаблюдать за прецессивным вращением гироскопа, чтобы понять, о чем идет речь. Ось его вращения не является прямой.

Полагаясь на эти данные, исследователи говорят, что мы можем выяснить природу вращения объектов путем измерения скорости, с которой прецессирует гироскоп, то есть узнать частоту его прецессии между двумя ближайшими к объекту точками.

Согласно исследованию, можно вывести следующее предположение:

• Сильно изменяемая частота прецессии гироскопа между двумя точками может указывать на то, что рассматриваемый вращающийся объект является черной дырой;
• Относительно слабое изменение частоты прецессии и предсказуемость этого поведения может указывать на то, что рассматриваемый вращающийся объект является голой сингулярностью.

Разумеется, доставку гироскопа к черной дыре и проверку этой теории вряд ли можно назвать простой задачей. Но тем не менее крест на теории ставить рано, так как группа исследователей нашла более доступную и безопасную возможность понаблюдать за этими реакциями гироскопа с Земли, измерив частоту прецессии, падающей в черные дыры или голые сингулярности материи, с помощью рентгеновского излучения.

«Орбитальная плоскость частоты прецессии будет возрастать с приближением материи к вращающейся черной дыре, однако в теории эта частота может снижаться и даже выходить на нулевое значение при приближении к вращающейся голой сингулярности», — говорят исследователи в своей опубликованной статье.

Опять же, чтобы в очередной раз прояснить: все это на данный момент — лишь рассуждения. Во-первых, мы еще ни разу не находили кандидата на роль голой сингулярности, а во-вторых, мы только начали понимать суть обычных черных дыр. Кроме того, буквально неделей ранее другая группа ученых вынесла предположение, что даже если голые сингулярности и существуют, неизученные квантовые эффекты могут их скрывать от нас.

Короче говоря, делать сейчас какие-либо выводы будет явно преждевременно, так как мы пока готовы (точнее даже неспособны) наблюдать за явлениями, которые могут происходить на краю нашей Вселенной. Но, возможно, когда-нибудь, когда технологии станут на несколько порядков более развитыми? Кто знает.