Какво се случва, когато преминете хоризонта на събитията на черна

Какво се случва, когато преминете хоризонта на събитията на черна дупка? Този въпрос, който е вълнувал въображението на не едно потомство, дълго време се опираше до една сляпа стена – сингулярността. Това не е просто точка в центъра, а по-скоро пропаст в нашето схващане за Вселената, място, където законите на общата доктрина на относителността на Айнщайн престават да работят. Но през днешния ден, въоръжени с нови математически принадлежности и преосмисляйки смелите хрумвания отпреди половин век, учените се приближават до тази мистерия повече от всеки път. И това, което откриват там, не е тиха давност, а трескавият, безреден танц на самото пространство-време.

Проблемът с милиардите светлинни години: сингулярността.

За да разберем мащаба на предизвикването, би трябвало да осъзнаем какво в действителност е сингулярността. Тя не е физически обект, а математически абсурд. Общата доктрина на относителността (ОТО), която ослепително разказва гравитацията като кривина на пространство-времето, планува, че в центъра на черната дупка кривината става безкрайна, а плътността – безгранична. За физиката „ безкрайността “ е алармен сигнал, знак, че теорията е достигнала своя лимит.

От друга страна, разполагаме с квантовата механика, която разказва света на микроравнище. Тя твърди, че Вселената има „ минимална разграничителна дарба “ – дължината на Планк. Безсмислено е да се приказва за дистанции, по-малки от това. Оказва се, че имаме две най-велики теории на XX век, които влизат в конфликт в сърцето на черната дупка: едната изисква безпрепятствено и непрестанно пространство, а другата – гранулирано и квантово. Примиряването им значи да се сътвори доктрина на квантовата гравитация – свещеният граал на актуалната физика. И колкото и да е необичайно, ключът към това може да се крие в хаоса.

Забравената симфония на хаоса: въртенето

Още в края на 60-те години на предишния век, по време на „ златния век “ на проучванията на черните дупки, руските физици Владимир Белински, Исаак Халатников и Евгений Лифшиц (БХЛ), а редом с тях и американецът Чарлз Мизнер, издигат радикална догадка. Те допуснаха, че с приближаването към сингулярността пространство-времето не се свива отмерено до точка. Вместо това то стартира да се държи като наличието на трескаво работещ миксер.

Вляво: шаблонизирана еволюция на местен обемен детайл в режим БХЛ. Формата на детайла, параметризирана посредством (x, y), се развива безредно, защото размерът клони към нула в сингулярността. Колапсът на размера се параметризира с τ. Вдясно: полукласическите лични функционалности на оператора ∂_τ са нечетни автоморфни форми за групата SL(2, ℤ). Показаната лична функционалност има ε ≈ 44,78

Представете си, че пространството се уголемява бързо в едната посока, до момента в който в другите две се свива също толкоз бързо. След това, в случаен миг, посоките се трансформират. Това, което е било свито, стартира да се уголемява и назад. Този развой, наименуван хаоса на БХЛ, трансформира вътрешността на черната дупка не в равен конус, водещ към давност, а в бълбукащ казан, където самото разбиране за постоянна посока и разстояние губи смисъл.

Тази концепция беше блестяща, само че имаше своя уязвимост. За да опишат този безпорядък математически, учените трябваше да създадат едно значимо съмнение: че наоколо до сингулярността всяка точка в пространството става причинно-следствено „ несвързана “ със своите съседи. Най-силната гравитация ги изолира една от друга и всяка от тях стартира собствен личен безреден „ живот “. Това е елегантно опростяване, само че остава въпросът: ами в случай че това разцепление е единствено математически трик, а не действително свойство на Айнщайновата гравитация? Заради тази неустановеност и сложността на изчисленията концепцията за „ Вселена-смесител “ беше изместена на назад във времето в продължение на доста години.

Завръщане от небитието: нови принадлежности за една остаряла мистерия.

Нещата се трансформираха с настъпването на двадесет и първи век. От една страна, голямото повишаване на изчислителната мощност направи допустимо моделирането на уравненията на Айнщайн с невиждана акуратност, без старите опростявания. От друга страна, в арсенала на теоретиците се появи един в действителност магически инструмент: AdS/CFT сходството или холографският принцип.

Казано по-просто, това е самобитен математически „ речник “, допускащ да се преведат извънредно комплицираните проблеми за гравитацията в една (по-многомерна) Вселена на езика на по-простите проблеми за взаимоотношението на частиците, където гравитация въобще няма. Това е все едно да имаме две описания на еднакъв обект: едното като комплицирана триизмерна статуя (свят с гравитация), а другото – като плоска холограма на неговата граница (свят без гравитация). Чрез решаването на задачата от холограмата човек може да преведе отговора назад и да разбере какво се случва със „ скулптурата “.

Точно този метод е общопризнат от Шон Хартнол от Кеймбридж и неговия екип. Те „ преведоха “ един въпрос за вътрешността на черната дупка на езика на конформната доктрина на полето (CFT) и за своя изненада видяха там същия модел на безпорядък, който БХЛ и Мизнер бяха предсказали преди половин век. Това беше същински пробив. Оказа се, че хаосът не е артефакт на остарели догатки, а фундаментално свойство на гравитацията в рискови условия.

Вълновата форма в размера се трансформира в нула на границите на региона SL(2, ℤ), които са показани като линии на фигурата

От хипотезата към действителността: какво знаем през днешния ден?

Днешните проучвания удостоверяват: хаосът в БХЛ е действителен. Нещо повече, учените откриват поразителни закономерности в него. Последната работа на Хартнол и сътрудниците му демонстрира, че в случай че се осреднят всички тези безредни „ отскоци “ на пространство-времето, те разкриват ясни математически структури, свързани с по този начин наречените модулни форми.

Това е извънредно значим резултат. Той значи, че хаосът в черните дупки не е просто неправилен звук. Това е комплицирана система със лична скрита логичност и език. Тя към този момент не е просто един работещ миксер, а по-скоро комплициран часовников механизъм, чиито елементи се движат по към момента не изцяло разбрани, само че строго избрани правила.

Заключение: Ключът към квантовата гравитация?

Какво значи всичко това за нас, които живеем надалеч от тези галактически чудовища? Прякото наблюдаване на хаоса в черна дупка е невероятно по формулировка – нищо не може да напусне хоризонта на събитията. Но в това е и хубостта на теоретичната физика. Не е належащо да се види, с цел да се разбере.

Откриването на подредена конструкция в хаоса на сингулярността е евентуален Розетски камък за сливане на гравитацията и квантовата механика. Може би езикът на тези модулни форми е универсалният синтаксис, на който могат да бъдат записани единните закони на Вселената. Като разберем разпоредбите на този вманиачен танц на ръба на безкрайността, можем най-сетне да разбираем самата тъкан на действителността. И макар че в никакъв случай няма да забележим този танц със личните си очи, ехото от него може вечно да промени визията ни за космоса и нашето място в него.