Излучение черной дыры. Изображение: NASA / AP
В 1974 году физик Стивен Хокинг предположил, что черные дыры могут не только поглощать, но и излучать частицы. В его модели пара квантово-запутанных частиц вблизи горизонта событий разлеталась в разные стороны: одна поглощалась черной дырой, а вторая уносилась прочь. Это явление было названо излучением Хокинга.
Из способности черных дыр излучать частицы следует предположение, что они могут «испаряться» — постепенно уменьшаться до полного исчезновения. Тут и возникает информационный парадокс: с исчезновением черной дыры должна исчезнуть и информация о поглощенных ею объектах. Однако это противоречит одному из основных принципов современного научного знания: полная информация о состоянии физической системы в один момент времени определяет ее состояние и в любой другой момент времени.
Многие ученые предлагали свои варианты разрешения информационного парадокса. Джо Польчински в 2012 году выдвинул концепцию «огненной стены»: квантовая сцепленность двух частиц в момент излучения по модели Хокинга разрушается, и в области горизонта событий возникает энергетическое поле, уничтожающее любой объект, падающий в черную дыру. Сам же Хокинг недавно предложил вообще отказаться от концепции черной дыры с сингулярностью (точкой с бесконечной плотностью) в центре и с горизонтом событий (границей, из-за которой внешний наблюдатель не может получить никакой информации о происходящем в черной дыре).
Ровелли и Видотто предложили свою версию. Они взяли за основу идею Большого сжатия — предположение, что со временем Вселенная начнет сжиматься и в итоге схлопнется в сингулярность. В рамках этой концепции Вселенная вновь начнет расширяться, как только достигнет планковской длины — минимальной единицы измерения расстояния (1,6*10-35 метров).
Ученые в своем исследовании предположили, что пределом сжатия вселенной является не планковская длина (или соответствующий ей объем), а планковская плотность энергии. Из этого следует, что расширение Вселенной возобновится задолго до того, как она сожмется до планковской длины и превратится в сингулярность. Произойдет это при масштабах, на 75 порядков больших, чем планковские.
Тот же принцип можно применить и к обычной черной дыре. Предполагается, что эти космические объекты возникают в результате гибели звезд. Но, по логике Ровелли и Видотто, то же самое квантовое давление, которое останавливает коллапс Вселенной в сингулярность, помешает и отдельно взятой сжимающейся звезде стать точкой бесконечной плотности.
Сжатая до планковской энергетической плотности материя станет «планковской звездой», как ее называют ученые. Это будет космический объект диаметром лишь 10-10 сантиметров (что, впрочем, все равно больше планковской длины примерно на 20 порядков).
Планковская звезда, рассуждают Ровелли и Видотто, очень нестабильна, и будет существовать в течение очень короткого промежутка времени — примерно столько же, сколько понадобится свету, чтобы преодолеть расстояние, равное ее диаметру. Однако благодаря замедлению времени в черной дыре внешний наблюдатель будет видеть эту звезду значительно дольше.
Со временем, предполагают ученые, черная дыра достаточно испарится, и планковская звезда, расширяясь, преодолеет горизонт событий. В этот момент вся информация, ранее поглощенная черной дырой, сможет ее покинуть. Это будет сопровождаться выбросом гамма-излучения — что заодно объясняет наблюдаемые астрономами гамма-всплески в глубинах Вселенной.
Работа Ровелли и Видотто пока что ожидает рецензирования.
Артем Асташенков