Дыры в теории

219
0

«Я до сих пор не отошла от шока, — сообщает профессор Университета Северной Каролины Лаура Мерсини-Хьютон (Laura Mersini-Houghton). — Мы исследовали проблему больше 50-ти лет, и новое решение дает массу новых поводов для размышлений». Работа, представленная ученой на днях, породила настоящую бурю в новостных лентах: «Черных дыр не существует!» — но с такими резкими выводами торопиться не стоит.

Существование черных дыр вытекает из уравнений гравитации, которые Эйнштейн использовал в Общей теории относительности (ОТО). Для ОТО гравитация — понятие геометрическое: это искривления пространства-времени, которые создаются присутствием массы. Уравнения ОТО предсказывают, что если массы (и энергии, что, по сути, одно и то же) достаточно, то ткань пространства-времени искажается настолько сильно, что выливается в точку разрыва — гравитационную сингулярность, окруженную горизонтом событий, областью, где она искривлена так, что, попав внутрь, вырваться обратно неспособно даже излучение.

Сингулярность и горизонт событий — две ключевые черты черных дыр в ОТО, однако именно благодаря этому само их существование остается, во многом, теоретическим. Непосредственно наблюдать черную дыру пока не доводилось никому — и, видимо, это невозможно в принципе. Все, что мы можем видеть, — лишь косвенные свидетельства, которые в рамках ОТО интерпретируются как присутствие черной дыры.

Впрочем, это не мешает астрофизикам изучать черные дыры и находить самые интересные их свойства. Расчеты показывают, что черные дыры могут рождаться, в частности, в результате коллапса самых массивных звезд — в 20 и более раз тяжелее Солнца. А в 1970-х Стивен Хокинг предположил, что эти удивительные объекты — не такие уж и «черные», и должны испускать разнообразные элементарные частицы, в том числе фотоны. Этот процесс называется излучением Хокинга.

С точки зрения квантовой теории поля вакуум вовсе не пуст, он заполнен непрерывно рождающимися и гибнущими парами виртуальных частиц. В обычных условиях эти процессы уравновешивают друг друга, но вблизи черной дыры одна из новорожденных частиц может пропасть за горизонтом событий, а другая остаться существовать в нашем мире. При этом положительный баланс энергии, внесенный во Вселенную этой частицей, должен компенсироваться отрицательным вкладом частицы, сгинувшей в черной дыре. Так черная дыра теряет массу-энергию — испаряется.

Расчеты, проведенные Лаурой Мерсини-Хьютон (PDF), придают этому процессу совершенно новый вес: согласно ее выкладкам, черная дыра должна испаряться… еще до своего рождения. Гибнущая массивная звезда теряет массу-энергию настолько быстро, что ни на какую сингулярность ее уже не остается. А где нет сингулярности — там нет и черной дыры, по крайней мере, в привычном нам понимании.

Стоит сказать, что с такими выводами согласны далеко не все специалисты. «Насколько я понимаю, излучение Хокинга возникает только при наличии горизонта событий, и пока этого горизонта нет, не может быть и Хокинговского излучения, — рассказал Политеху доктор физико-математических наук, профессор физфака МГУ Константин Постнов. — К тому же излучение Хокинга рассчитано в вакууме, а не в коллапсирующей звезде, и просто так добавлять его вряд ли можно».

Канадский физик-теоретик Уильям Анру (William Unruh) заявил и вовсе прямолинейно: «Все это просто чепуха. Попытки опровергнуть существование черных дыр имеют уже длинную историю, и это — лишь очередная из них». «Пока статья не опубликована и даже не прошла рецензирование, — резюмирует Константин Постнов. — Поэтому я бы не стал спешить с выводами насчет результата, который может оказаться лишь математической фикцией».