Ученые рассказали о том, что может происходить внутри черных дыр

В хаотических системах даже небольшой скачок может спровоцировать каскадный эффект, сильно изменяющий итоговый результат. Это похоже на эффект бабочки, в котором даже малый взмах крыльев может привести к урагану на другом конце света.

Физики-теоретики Дуглас Стэнфорд и Стивен Шенкер показали в своих вычислениях, что на квантовом уровне черные дыры проявляют хаотичное поведение, подобное эффекту бабочки. Внесение изменений в черную дыру – даже столь малых, как сброс в нее одной частицы – могут серьезно изменить ее поведение.

Ключевым моментом к пониманию этого хаоса является то, что черные дыры не совсем черные. Космические гиганты излучают слабую дымку из частиц – остатки пар виртуальных частиц, постоянно возникающих повсюду в космосе. Когда это происходит у горизонта черной дыры, некоторые частицы могут улететь, производя то, что сегодня известно, как излучение Хокинга. Изучение излучения Хокинга проливает свет на хаотичную природу черных дыр. Об этом Стэнфорд и Шенкер написали работу, которая была опубликована в журнале Journal of High Energy Physics в 2014 году.

Представьте, что вы бросаете один электрон в черную дыру – это незначительное изменение для чудовищного исполина. Однако, эта мелочь изменяет излучение Хокинга подобно тому, как бабочка хлопает крыльями и меняет направление отдаленной лодки.

Добавление частицы увеличивает массу черной дыры и расширяет ее горизонт событий – границу, зайдя за которую ничто не может выбраться обратно. Излучение Хокинга, которое в противном случае было бы испущено, остается запертым внутри расширяющейся черной дыры. То, что казалось незначительным изменением, имеет далеко идущие последствия – чистый хаос.

Стэнфорд взял эту идею и расширил ее. Он, Шенкер и Хуан Малдасена из Института перспективных исследований опубликовали в 2016 году в Journal of High Energy Physics работу, в которой продемонстрировали теоретически, что последствия даже маленького изменения в черной дыре возрастают настолько быстро, насколько это вообще физически возможно. Этот рост последствий делает черные дыры самой хаотичной системой, позволенной законами природы.

Поняв связь между маленькими частицами и гигантскими черными дырами, ученые надеются разобраться в запутанном конфликте между самыми важными теориями в физике. Цель – сформулировать теорию квантовой гравитации, объединив квантовую механику и общую теорию относительности. Их несоответствие указывает на то, что где-то в глубине каждой из теорий что-то не так. Новые идеи Стэнфорда о черных дырах могут помочь ученым найти решение.

"Возможно, он – один из тех редких людей, которые действительно меняют направление науки, - говорит Шенкер. – Жду не дождусь, когда узнаю – прав я или нет".