Что происходит в центре черной дыры?

Любой школьник, изучающий астрономию и физику, расскажет вам о сингулярности – бесконечно малой и бесконечно плотной точке в центре черной дыры, где материя максимально сжимается, а все наши знания о пространстве-времени рушатся как карточный домик. Но что, если все это неправда? Что может заменить сингулярность на месте «сердцевины», какие еще есть варианты того, что происходит в центре черной дыры? В этой статье мы рассмотрим несколько интересных альтернатив.

Планковские звезды

Итак, представим, что материя стопроцентно не сжимается до бесконечно малой точки в центре черной дыры. Что тогда? Возможно, вместо нее существует другая наименьшая конфигурация материи.

Такую конфигурацию уже придумали и назвали планковской звездой. Да, это всего лишь теория, которая вытекает из другой теории – петлевой квантовой гравитации. Она предполагает, что пространство и время квантованы, то есть состоят из крошечных ячеек. Эти субъекты очень маленькие и делают всю Вселенную похожую на тетрадь в клетку на квантовом уровне. Именно из-за их крошечного размера наши движения и все вокруг кажется единым целым и плавным, а не поделенным на клетки. Рассматривайте это как пиксели на высококачественном экране – вы их не видите, но они есть, просто очень маленькие.

Что нам дает эта теория? Она имеет два весомых преимущества. Во-первых, наконец-то приводит физиков к их большой квантовой мечте, то есть объясняет устройство гравитации. Во-вторых, исключает возможность существования каких-либо сингулярностей внутри черных дыр.

Во время коллапса звезды материя сжимается под действием гравитации, встречая определенное сопротивление, и чем больше сжатие, тем сильнее оно действует. Если пространство-время и правда дискретно, как говорит петлевая квантовая гравитация, то материя не сможет сжаться во что-то меньшее, чем длина Планка (примерно 1,68х10^-35 м). Таким образом, вся материя внутри черной дыры сжимается в небольшой шар. Да, он все еще крошечный и существует в микромире, но все же больше, чем сингулярность.

Из-за постоянно действующего на шар сопротивления материя внутри него в конечном итоге разрушается (читай: взрывается), поэтому черные дыры – объекты не бессмертные. Однако так как время вокруг них невероятно замедленно с человеческой точки зрения, пройдут миллиарды, а может даже триллионы лет до этого взрыва. Звучит логично и, главное, работоспособно в нашем мире.

Гравастары

Еще одна вероятная замена сингулярности (не волнуйтесь, она не опирается на непроверенные квантовые теории) – это гравастары. Этот термин настолько теоретический и почти не существующий, что Word даже подчеркивает его как слово с ошибками, потому что не может понять, что здесь вообще написано. Воспринимайте его как черную дыру, но с некоторыми своими особенностями.

Главное отличие гравастара от черной дыры заключается в том, что вместо сингулярности он содержит внутри темную энергию. Если вам лень переходить по этой замечательной оранжевой ссылке, темная энергия – это гипотетическое нечто, существующее во Вселенной и заставляющее ее расширяться. Возможно, это звучит как элемент научной фантастики, но с очень большой вероятностью исследования реликтового излучения последних лет подтверждают, что она действительно существует.

Попадая в гравастар, материя не может просочиться за горизонт событий из-за того, что внутри находится темная энергия. Поэтому она остается на поверхности. Однако внешне гравастары выглядят и ведут себя как простые черные дыры.

Эта теория, скорее всего, не имеет отношения к реальности, так как наблюдения за слиянием черных дыр с помощью гравитационных волн почти доказывает, что гравастаров не существует. Их слияние подавало бы совсем другой сигнал. С каждым днем земное оборудование получает все больше примеров слияния черных дыр и ни одного от гравастаров. Пока нельзя сказать, что они стопроцентно не существуют, но гравастары определенно ходят по очень тонкому льду.

Давайте прокатимся

Планковские звезды и гравастары может и звучат как что-то очень умное, но они все еще настолько гипотетические, насколько это вообще возможно. Поэтому нужно попытаться объяснить то, что происходит в центре черной дыры, чем-то более реалистичным с точки зрения современной физики и наших знаний о Вселенной.

Идея существования сингулярности внутри черной дыры исходит из времени, когда все считали, что это стационарные, невращающиеся и вообще довольно скучные объекты. Черные дыры, какими мы их знаем, на самом деле куда более интересные.

Вращаясь вместе с черной дырой, сингулярность вытягивается в кольцо. И, если верить математике общей теории относительности Эйнштейна (а другой математики у нас и нет), то материя, проходя через это кольцо, попадает в червоточину и выходит с другой стороны через белую дыру. Ссылка для неленивых, для ленивых пояснение: это что-то вроде полярной противоположности черной дыре, в которую ничто не может войти, но все выходит со скоростью света. Если это правда и белые дыры вообще существуют, то такой способ перемещения даже может позволить путешествовать по разным уголкам Вселенной. Правда неясно, как в таком случае возвращаться обратно.

Но поиск обратного пути – не единственная проблема таких путешествий. Первая и самая очевидная – вас разорвет на части. Вторая – вы можете попасть даже в совершенно новую Вселенную, где точно будут трудности со связью с нашим миром.

Если эти проблемы звучат неправдоподобно, то вот еще одна, которая может полностью разрушить концепцию путешествий сквозь черную дыру. Главная загвоздка вращающейся черной дыры заключается в том, что она вращается. Исходя из этого, вращающаяся сингулярность будет делать это так быстро, что ее центробежная сила станет просто огромной. А ОТО говорит, что настолько мощные центробежные силы должны действовать как антигравитация, то есть отталкивать, а не притягивать материю.

Таким образом внутри черной дыры создается барьер, который прозвали внутренним горизонтом (не путать с горизонтом событий). Все, что находится за ним, движется в сторону сингулярности под действием гравитации. Но чем ближе к сингулярности, тем сильнее становится антигравитация, которая выталкивает вас обратно ко внутреннему горизонту вместе со всей материей. Окажись вы перед ним, увидели бы бесконечно быстро движущееся излучение, выстроенное ровной стеной. Перед вашими глазами предстала бы вся материя, когда-либо поглощенная этой черной дырой.

Пусть теория внутреннего горизонта и делает путешествия через такие «червоточины» невозможными, но вращающиеся черные дыры все равно существуют во Вселенной. А это значит, что математика ОТО неверна, и нам определенно не хватает некоторых переменных в этом уравнении.

Так что на самом деле происходит в центре черной дыры? Мы не знаем. Но самое печальное в этом то, что мы можем никогда этого не узнать.