Вчені зламали уявлення про центр чорної діри: нова модель пояснила парадокс

Парадокс двох спостерігачів

Ідея про те, що сингулярність є безрозмірною точкою, сформувалася ще у 1930-х роках. Вона була зручною для обчислень і легкою для пояснення.

У 1960-х роках науковці з'ясували, що у чорних дірах, які обертаються, відцентрова сила розтягує сингулярність у кільце. З усім тим, для статичних чорних дір "точкова" модель залишалася недоторканною.

Аби перевірити цю гіпотезу, науковці Ендрю Гамільтон з Колорадського університету в Боулдері та Тайлер Макмакен з Університету Меріленду провели мисленнєвий експеримент.

Це міг би бачити той, хто падає крізь горизонт подій (схема: Ендрю Гамільтон)

Вчені змоделювали ситуацію, у якій двоє дослідників пірнають у чорну діру з протилежних боків.

Яка доля їх чекає?

За найпростішою "шкільною" теорією, якщо сингулярність - це точка, обоє космонавтів мають неодмінно зіткнутися або опинитися в одній і тій самій просторово-часовій координаті.

За загальною теорією відносності під час падіння екстремально викривлений простір-час падає до центру швидше за світло.

Це повністю розриває причинно-наслідковий зв'язок між спостерігачами. Вони не можуть обмінятися жодним сигналом, не знають про існування один одного і фізично не здатні зустрітися.

Вчені підкреслюють: якщо пасажири не можуть потрапити в одну й ту саму подію у просторі та часі, вони не можуть прямувати до однієї точки.

Ця суперечність зникає лише за однієї умови - якщо сингулярність є розлогою тривимірною поверхнею, якої кожен дістається у своєму власному, ізольованому місці.

"Я завжди жартую зі студентами, що чорні діри постійно кидають виклик моїй інтуїції. Так, це стало несподіванкою. Але водночас це нарешті розставило все на свої місця", - зазначив Ендрю Гамільтон.

Вісім кадрів із візуалізації падіння в чорну діру. (джерело: Гамільтон і Макмейкен, Phys. Rev. D., 2026)

Крок до "теорії всього"?

Відкриття має велике значення для фундаментальної науки. Сучасна фізика спирається на два "стовпи": Загальну теорію відносності Ейнштейна (яка описує гравітацію та космос) та квантову механіку (яка пояснює світ атомів). Усередині чорних дір ці теорії суперечать одна одній і ламаються.

Фізики вже понад століття шукають "квантову гравітацію" - об'єднану теорію, яка пояснить Всесвіт на всіх рівнях.

Переосмислення сингулярності як тривимірної поверхні змінює математичні умови, за яких звичні закони фізики припиняють працювати.

Саме ці межеві поверхні є єдиним місцем у Всесвіті, де квантова гравітація проявляється в реальності, надаючи вченим правильну вихідну точку для подальших розрахунків.