У реальному світі ваше минуле однозначно визначає ваше майбутнє. Якщо фізик знає, як починається Всесвіт, його майбутнє можна розрахувати на весь час і на весь простір.
Але математик з Каліфорнійського університету в Берклі знайшов деякі чорні діри, в яких цей закон не працює. Якби хтось ризикнув потрапити в одну з цих відносно м'яких чорних дір, вони могли б вижити, але їх минуле було б знищено, і у них могла бути нескінченна кількість можливих варіантів майбутнього.
Твердження щодо одного варіанту майбутнього були зроблені вченими раніше, і фізики пояснювали це так званою «сильною космічною цензурою». Тобто, щось катастрофічне - як правило, жахлива смерть - завадило б спостерігачам фактично увійти в область простору-часу, де їх майбутнє не було однозначно визначено. Цей принцип, вперше запропонований 50 років тому фізиком Роджером Пенроузом, свого роду ідея - детермінізм. Тобто, враховуючи минуле і сьогодення, фізичні закони всесвіту не дозволяють більше одного можливого варіанту майбутнього.
Але, як каже доктор Пітер Гінтц, математичні розрахунки показують, що для деяких конкретних типів чорних дір у всесвіті, таких як наш, який розширюється з прискоренням, можна пережити перехід з детермінованого світу в не- детерміновану чорну діру.
Яке б життя було в просторі, де майбутнє буде непередбачуваним, незрозуміло. Але висновок не означає, що рівняння Ейнштейна загальної теорії відносності, які досі прекрасно описують еволюцію космосу, помилкові, сказав Хінтц.
"Жоден фізик не збирається подорожувати в чорну діру і вимірювати її. Це математичне питання, але з цієї точки зору це робить математичні рівняння Ейнштейна математично більш цікавими ", - сказав він. «Це питання, яке можна реально вивчати математично, але воно має фізичні, майже філософські наслідки, що робить його дуже крутим».
"Цей... висновок відповідає серйозному провалу детермінізму в загальній теорії відносності, який не можна сприймати легко з урахуванням важливості в сучасній космології ", кажуть його колеги з Лісабонського університету в Португалії, Вітора Кардозу, Жоао Коста і Кіріакос Дестоніс і в Університеті Утрехта, Арон Янсен.
Вчений Гарі Горовіц, який не брав участі в дослідженні, сказав, що дослідження дає «найкращий доказ, який я знаю про порушення сильної космічної цензури в теорії гравітації та електромагнетизму».
Гінтц і його колеги опублікували статтю, що описує ці незвичайні чорні діри в журналі Physical Review Letters.
За горизонтом подій
Чорні діри - дивні об'єкти, які отримують свою назву від того факту, що ніщо не може уникнути їх гравітації, навіть світло. Якщо ви опинитеся занадто близько і перетнете так званий горизонт подій, ви вже нікуди не втечете.
Для маленьких чорних дір, ви б ніколи не витримали такий близький підхід. Приливні сили, близькі до горизонту подій, достатні для того, щоб розтягнути будь-який об'єкт до тих пір, поки він не стане ланцюжком атомів.
Але для великих чорних дір, таких як надмасивні об'єкти в ядрах галактик, наприклад в Чумацькому Шляху, які важать в десятки мільйонів, якщо не в мільярди разів більше маси Сонця, перетинати горизонт подій було б можливо.
Оскільки потрібно пережити перехід від нашого світу до світу чорних дір, фізики та математики давно задавалися питанням, як буде виглядати цей світ, і звернулися до рівнянь загальної теорії відносності Ейнштейна, щоб передбачити світ всередині чорної діри. Ці рівняння добре працюють, поки спостерігач не досягне центру або сингулярності, де в теоретичних розрахунках кривизна простору-часу стає нескінченною.
Однак, перш ніж дістатися до центру, дослідник чорних дір, який ніколи не зможе повідомити про те, що знайшов в навколишньому світі, може зіткнутися з деякими дивними і смертоносними речами. Хінтц вивчає особливий тип чорної діри - стандартну чорну діру, що не обертається, з електричним зарядом, - і такий об'єкт має так званий горизонт Коші в межах горизонту подій.
Горизонт Коші - це місце, де детермінізм зникає, де минуле більше не визначає майбутнє. Фізики, включаючи Пенроуза, стверджували, що жоден спостерігач ніколи не зможе пройти через точку горизонту Коші, тому що він буде знищений.
Як випливає з аргументації, коли спостерігач наближається до горизонту, час сповільнюється, і годинник йде все повільніше в сильному гравітаційному полі. Оскільки світло, гравітаційні хвилі і все інше, що зустріло чорну діру, неминуче падають до горизонту Коші, спостерігач, який також падає всередину, зрештою побачить, що всі ці енергії потрапляють туди одночасно. По суті, вся енергія, яку чорна діра бачить за час життя Всесвіту, одночасно потрапляє в горизонт Коші, знищуючи будь-якого спостерігача, який забирається так далеко.
Однак Гінтц зрозумів, що це може не діяти в всесвіті, що розширюється, який прискорюється, як наприклад наш. Оскільки простір-час все більше розсувається, велика частина далекого всесвіту взагалі не буде впливати на чорну діру, так як ця енергія не може рухатися швидше швидкості світла.
Фактично, енергія, доступна для потрапляння в чорну діру, - це тільки те, що міститься в спостережуваному горизонті: обсяг всесвіту, який чорна діра може побачити протягом свого існування. Наприклад, для нас спостерігається горизонт більше, ніж 13,8 мільярда світлових років, який ми можемо бачити в минулому, тому що він включає в себе все, що ми побачимо в майбутньому. Розширення всесвіту, що прискорюється, завадить нам побачити за горизонтом близько 46,5 мільярдів світлових років.
У цьому сценарії розширення Всесвіту протидіє посиленню, викликаному уповільненням часу всередині чорної діри, і в деяких ситуаціях повністю скасовує його. У цих випадках - потрапляючи в гладкі чорні діри з великим електричним зарядом, так звані чорні діри Рейсснера-Нордстрема-де Сіттера - спостерігач міг би вижити, проходячи через горизонт Коші і в недетермінований світ.
«Є деякі точні рішення рівнянь Ейнштейна для чорних дір, які є абсолютно гладкими, без перегинів, без приливних сил, що йдуть у нескінченність, де все прекрасно поводиться до цього горизонту Коші і за його межами», - сказав він, зазначивши, що проходження через горизонт було б болючим, але коротким. «Після цього все проходить, а в деяких випадках, таких як чорна діра Рейсснера-Нордстрема-де Сіттера, можна взагалі уникнути центральної сингулярності і жити вічно в невідомому всесвіті».
За загальним визнанням, каже Пітер Хінтц, заряджені чорні діри навряд чи будуть існувати, оскільки вони будуть залучати протилежно заряджену матерію, поки не стануть нейтральними. Однак математичні рішення для заряджених чорних дір використовуються для розуміння того, що станеться всередині них. Хінтц стверджує, що гладкі чорні діри, які обертаються, звані чорними дірами Керра-Ньюмана-де Сіттера, будуть вести себе завжди однаково.
«Ви можете відправитися до електрично зарядженої зірки, яка зазнає змін в чорну діру, а потім подорожуєте біля цієї чорної діри, і якщо параметри чорної діри досить прийнятні, можливо, ви зможете просто перетнути горизонт Коші, виживете всередині неї, але навіть знаючи повний початковий стан зірки, ви не зможете передбачити, що станеться в майбутньому», - сказав Хінц. «Це вже не визначається повним знанням початкових умов».
«Вчені були задоволені протягом приблизно 20 років, з середини 90-х років, тим, що сильна космологічна цензура завжди права», - говорить Пітер Хінтц. «Ми кидаємо виклик цій точці зору».
