В мире теоретической физики назревает фундаментальный переворот. На протяжении десятилетий ученые считали существование сингулярностей — точек с бесконечной плотностью и гравитацией — неизбежным следствием общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна. Однако Мэтт О'Дауд в новом выпуске PBS Space Time формулирует интригующий тезис: возможно, главная «страшилка» космологии никогда не существовала, и доказательство этому лежит в области чистой математики, а не квантовой механики .
📉 Наследие Пенроуза и кризис физики 1:21
Конфликт между двумя столпами современной науки — общей теорией относительности и квантовой механикой — наиболее остро проявляется именно в центре черных дыр . Общая теория относительности предсказывает появление сингулярности в центре коллапсирующего объекта, где плотность становится бесконечной. В этой точке математический аппарат теории буквально «взрывается», а физические законы перестают работать .
Долгое время физики надеялись, что сингулярности — лишь математическая ошибка. Но в 1965 году Роджер Пенроуз представил свою знаменитую теорему о сингулярности (за которую в 2020 году получил Нобелевскую премию) . Он доказал, что если горизонт событий сформирован, то появление сингулярности внутри него математически неизбежно в рамках ОТО .
Это создало парадоксальную ситуацию:
- С одной стороны, ОТО — блестяще подтвержденная теория.
- С другой стороны, она предсказывает объекты (сингулярности), которые делают саму теорию неполной .
- Единственным спасением считалось создание «теории всего», которая объединит гравитацию с квантовым миром.
🌀 Рой Керр против общепринятых истин 2:55
Ситуация изменилась в конце прошлого года (согласно дате публикации видео), когда Рой Керр, автор фундаментального решения уравнений Эйнштейна для вращающихся черных дыр, опубликовал статью на arXiv . Керр утверждает, что десятилетиями физики неверно интерпретировали выводы Пенроуза.
Главное возражение Керра касается понятия «геодезической неполноты» . В геометрии искривленного пространства-времени пути объектов (геодезические) обычно бесконечны. Но Пенроуз показал, что внутри черной дыры эти пути должны обрываться . Физики привыкли считать, что «тупик» в ткани пространства-времени — это и есть сингулярность.
Однако Керр указывает на важный нюанс:
- Пенроуз строил свои доказательства на основе «нулевых геодезических» — траекторий света .
- Для света понятие времени (собственного времени) не существует, поэтому используется математический аффинный параметр .
- Пенроуз доказал лишь то, что этот параметр ограничен (имеет предел) внутри черной дыры .
Рой Керр настаивает: ограниченность математического параметра вовсе не означает физического конца пространства или времени . Он сравнивает это с экспоненциальной функцией, которая может иметь предел снизу, в то время как время продолжает течь бесконечно .
🥨 Вращение как спасение от коллапса 10:25
Критическое различие между идеализированными моделями и реальностью заключается во вращении. Почти все реальные черные дыры во Вселенной вращаются, и их описывает метрика Керра, а не более простая метрика Шварцшильда .
В модели Керра структура черной дыры гораздо сложнее:
- Кольцевая сингулярность: Вместо одной точки в центре появляется кольцо. Считалось, что это тоже сингулярность, но Керр полагает, что это лишь удобная математическая фикция для описания полей .
- Внутренний горизонт: В отличие от неподвижной черной дыры, во вращающейся существует область, где центробежные силы противодействуют гравитации . Пересекая внутренний горизонт, объект снова обретает свободу движения в любом направлении, а не просто падает в центр .
- Бесконечные пути: Керр математически продемонстрировал существование семейств световых лучей, которые проходят через внутренние области черной дыры и продолжают существовать вечно, никогда не достигая центра и не обрываясь .
🔭 Новое будущее теоретической физики 13:07
Аргументация Роя Керра не обязательно доказывает, что сингулярностей не существует в принципе, но она подрывает уверенность в том, что их неизбежность строго доказана . По мнению О'Дауда, статья Керра — это «луч надежды», указывающий на то, что мы можем разрешить парадоксы черных дыр, не дожидаясь появления неуловимой квантовой гравитации .
Если сингулярностей нет, физики могут начать формулировать осмысленные законы для внутренней части черных дыр . Вместо бесконечной плотности там может находиться сколлапсировавшая звезда в виде протяженного физического объекта, находящегося в стабильном состоянии внутри внутреннего горизонта .
