31 октября 2025 г., Брайан Коберлейн, briankoberlein.com
Когда мы говорим о чёрных дырах, обычно вспоминают сингулярность и горизонт событий – ключевые признаки этих объектов. Но многое зависит от того, какое определение «чёрной дыры» вы принимаете. В ряде моделей сингулярность может отсутствовать, а вместе с ней исчезает и классический радиус невозврата.
Для начала различим два подхода: во-первых, «теоретические» чёрные дыры – решения уравнений поля Эйнштейна, или метрики. Первая из них, невращающаяся чёрная дыра Шварцшильда, появилась ещё в 1916 году. Затем в 1963 году Рой Керр вывел метрику вращающейся, незаряженной чёрной дыры, которая легла в основу визуализаций в фильме «Интерстеллар» и других космических эпопеях.
Во-вторых, «наблюдаемые» чёрные дыры – реальные гиганты вроде M87* и Стрелец A* в центре Млечного Пути. Телескоп горизонта событий собрал массу данных, показав, что оба объекта быстро вращаются и обладают структурой, полностью совпадающей с предсказаниями метрики Керра. Однако наши наблюдения не проникают внутрь горизонта и не фиксируют сингулярность, поэтому альтернативные модели, укладывающиеся в существующие данные, остаются в силе.
Сингулярность представляет собой точку бесконечной плотности и нулевого объёма, где привычные законы физики перестают действовать. Ради решения этой проблемы физики выдвинули гипотезу космической цензуры, согласно которой сингулярность всегда скрыта за горизонтом событий. Но сам горизонт порождает информационный парадокс: всё, что пересекает его границу, навсегда исчезает из доступной Вселенной.
Путь к избавлению от этих затруднений лежит через квантовую теорию гравитации. Принцип неопределённости Гейзенберга не позволяет сосредоточить точную массу в одной точке, что, вероятно, исключает образование сингулярности. А излучение Хокинга демонстрирует, как чёрная дыра может терять массу и информацию, постепенно «испаряясь».
В рамках петлевой квантовой гравитации внутренняя область чёрной дыры превращается в «планковскую звезду», а в теории струн сингулярность замещается «пушистым» скрученным пучком струн. Существуют также классические модификации ОТО, устраняющие проблемы стандартных метрик.
Если же сохранить общую теорию относительности Эйнштейна и просто ввести запрет на сингулярности, получается решение уравнений поля Эйнштейна, именуемое метрикой Хейворда.
Метрика Хейворда – это минимальное невращающееся, асимптотически плоское и сфокусированное во внешнем пространстве решение без сингулярностей. По сути, это невращающаяся чёрная дыра Шварцшильда, но без точки с бесконечной плотностью.
Ключевое отличие в том, что внутри чёрной дыры Хейворда пространство остаётся локально плоским, а горизонта событий нет – лишь «кажущийся» барьер, задерживающий материю на длительное время. Со временем материя и энергия могут постепенно уходить из этого «ловца» без обращения к квантовым эффектам. Для массивных объектов отличие от классической модели оказывается столь ничтожно малым, что текущие астрономические наблюдения не в состоянии его обнаружить.
Главный недостаток модели Хейворда в отсутствии физического механизма, запрещающего сингулярность. Но если такая метрика верна, многие парадоксы, связанные с чёрными дырами, теряют свою остроту.
1) Карло Ровелли, Франческа Видотто. «Планковские звёзды». International Journal of Modern Physics D, 23(12), 1442026 (2014).
2) Самир Д. Матур. «Решение парадокса информации о чёрных дырах». International Journal of Modern Physics D, 11(10), 1537–1540 (2002).
3) Шон А. Хейворд. «Формирование и испарение несингулярных чёрных дыр». Physical Review Letters, 96(3), 031103 (2006).
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti)
Оригинал: Pointless
