Черните дупки са сред най-тайнствените места във Вселената, места, където самата тъкан на пространството и времето са изкривени толкова силно, че дори и светлината не може да избяга от тях. Според Общата теория на относителността на Айнщайн, в техния център се крие сингулярност, място, където масата на множество звезди е смачкана в обем с точно нулев размер.

Въпреки това, две неотдавнашни статии, публикувани на 10 декември в списанията Physical Review Letters и Physical Review D, може да накарат учените да преразгледат какво мислим, че знаем за черните дупки.

Черните дупки не може да продължат да съществуват вечно и е възможно напълно погрешно да разбираме естеството им и как изглеждат в центъра си, според статиите.

На ръба на физиката на Айнщайн

Астрономите и физиците отдавна смятат, че в идеята за сингулярност има нещо сбъркано. Ако един обект с маса няма размери, то има безкрайна плътност. Такива безкрайности не съществуват в природата. Ако срещнете безкрайност в реална, физическа, научна ситуация, това всъщност означава, че се опитвате да използвате елементарната математика извън сферата, където може да се прилага. Нуждаете се от нова математика.

Ето един познат пример за това. Законът за гравитацията на Нютон казва, че силата на гравитационното привличане се променя с квадрата на разстоянието между двата обекта. Така че, ако имате топка, разположена далеч от Земята, тя ще бъде с определена тежест. С приближаването ѝ към Земята, теглото ѝ ще се увеличи. Прилагайки това уравнение, когато  обектът е близо до центъра на Земята, той ще притежава безкрайно тегло. Но не се случва така.

Вместо това, когато приближите обекта до повърхността на Земята, простият закон за гравитацията на Нютон вече не може да се прилага. Трябва да се вземе под внимание реалното разпределение на масата на Земята и това означава, че трябва да се използват различни и по-сложни уравнения, които предсказват различно поведение.

По същия начин, когато Общата теория на относителността на Айнщайн прогнозира, че в центъра на черни дупки съществува сингулярност с безкрайна плътност, това не може да бъде вярно. При много малки размери трябва да се въведе нова теория за гравитацията. Тя се нарича квантова гравитация.

Името квантова гравитация просто означава "гравитация в най-малки мащаби", но фразата не означава конкретна теория. Въпреки това са направени конкретни теоретични предположения, които описват гравитацията в микрокосмоса. Едно от предположенията се нарича циклична квантова гравитация (Loop quantum gravity - LQG).

Цикличната квантова гравитация е добре дефинирана математически и тя представя тъканта на пространство-времето като решетка от спинови мрежи, които се развиват с течение на времето. Спиновите мрежи са само математическа формулировка, която описва как взаимодействат частиците и полетата. От по-практична гледна точка, цикличната квантова гравитация прогнозира, че пространство-времето е квантувано (дискретно), с възможно най-малката единица или парченце пространство и време, отвъд които пространство-времето не може повече да бъде делено.

Цикличната квантова гравитация е трудна математическа теория, с която не е лесно да се извършват проверими прогнози за вътрешността на черните дупки. Но Абхей Аштекар (Abhay Ashtekar) и Хавиер Олмедо (Javier Olmedo) от Университета на Пенсилвания и Парамрийт Сингх (Parampreet Singh) от Университета на Луизиана успяват да приложат цикличната квантова гравитация в центъра на черни дупки и твърдят, че резултатът не е сингулярност.

Тяхното изчисление прогнозира, че пространство-времето е много изкривено близо до центъра на черната дупка. Резултатът е, че пространство-времето продължава в регион в бъдещето, който има структурата на бяла дупка. Бялата дупка е като черната в обратна посока, което означава, че за разлика от черната дупка, която засмуква материя, бялата дупка изхвърля материя.

Има и друг начин да си представим какво предсказват физиците. Знаем че в силните гравитационни полета времето се забавя. А черните дупки съдържат най-силните гравитационни полета във Вселената. Поради това една възможна интерпретация на това ново проучване е, че материята попада в черната дупка и след това "отскача", изстрелвайки масата обратно в космоса. Тъй като времето е толкова бавно близо до центъра на черната дупка, този процес протича изключително бавно. Ако изследователите са прави, в много далечно бъдеще на мястото на черните дупки, ще изригне материя, разпространявайки се в космоса.

Както винаги в теоретичната наука, има много интересни и провокативни идеи, които не са верни и тези може да са такива. Затова е важно да се види дали има експериментална подкрепа на теоретични идеи като тези.

Има няколко възможности. Учените са наблюдавали много високоенергийни явления в космоса, които не са напълно обяснени. Едното са свръхенергийните космически лъчи, достигащи атмосферата на Земята. Друго е т. нар. "бързи радиоимпулси", при които се наблюдава голямо количество радиоенергия за много кратко време. И двете явления биха могли, поне по принцип, да бъдат подписа на черна дупка, преминаваща към бяла дупка.

Със сигурност е преждевременно да приемем тази интересна нова идея. Ако прогнозите се подобрят и започнат да тълкуват някои от необяснимите наблюдавани астрономически феномени, може би този нов резултат ще обясни как работи квантовата гравитация и преформулира нашето разбиране за миналото и бъдещето на нашата Вселена.

Източник: Matter Sucked in by Black Holes May Travel into the Future, Get Spit Back Out, автор: Дон Линкълн (Don Lincoln), старши научен сътрудник във Fermi National Accelerator Laboratory, професор по физика в Университета в Нотр Дам