Новое исследование физиков раскрывает загадочные структуры внутри черных дыр — так называемые «суперлабиринты», — которые могут перевернуть наше понимание их микроскопического устройства. Эти теоретические конструкции, основанные на принципах струнной теории, позволяют заглянуть глубже, чем когда-либо, в природу космических сингулярностей, где законы общей теории относительности перестают работать.
Черные дыры остаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. Их гравитация настолько мощная, что даже свет не может вырваться из их объятий. Однако, как отмечает Николас Уорнер, профессор астрономии и математики из Университета Южной Калифорнии (USC Dornsife), классическая теория Эйнштейна хорошо описывает лишь крупномасштабную структуру черных дыр, но бессильна перед их микроскопическим устройством.
«Общая теория относительности — это мощный инструмент для описания черных дыр в больших масштабах, но очень грубый, когда речь заходит об их микроструктуре», — объясняет Уорнер.
Чтобы преодолеть ограничения классической физики, ученые обратились к струнной теории, предложив альтернативную модель черных дыр — «фаззболы» (fuzzballs). В отличие от традиционного представления о сингулярности, фаззболы представляют собой сложные структуры, «сотканные» из многомерных бран (мембран) — фундаментальных объектов в М-теории, объединяющей все версии суперструнных теорий. Уорнер и его команда обнаружили, что суперлабиринты — сложные пересекающиеся системы M2- и M5-бран — могут кодировать информацию о черной дыре, включая ее энтропию и микросостояния. Это открытие позволяет «увидеть» внутреннюю структуру черной дыры с невероятной детализацией.
«Если общая теория относительности дает нам изображение с одним пикселем, то суперлабиринты — это камера с миллиардами пикселей, показывающая шедевр во всех подробностях», — сравнивает Уорнер. Математика лабиринтов: ключ к разгадке В своем исследовании, опубликованном в Journal of High Energy Physics, ученые ввели новое математическое понятие — «функцию лабиринта», которая описывает взаимодействие M2- и M5-бран в рамках супергравитации (приближенной версии М-теории). Эта функция подчиняется уравнениям, похожим на уравнение Монжа-Ампера, что связывает геометрию бран с их физическими свойствами. «Функция лабиринта — это ключ, который позволяет нам связать конфигурации бран с решениями супергравитации и, в конечном счете, описать микроструктуру черных дыр», — говорит Уорнер.
Что это значит для науки? Открытие суперлабиринтов — первый шаг к созданию полной теории квантовой гравитации, которая объединит общую теорию относительности с квантовой механикой. Если дальнейшие исследования подтвердят эти выводы, человечество сможет наконец понять, что происходит внутри черных дыр и как устроена сама ткань пространства-времени. Пока же ученые продолжают «картографировать» эти загадочные лабиринты, приближаясь к разгадке одной из величайших тайн Вселенной.