Теория струн связала горизонты черных дыр и расширяющейся Вселенной через квантовую запутанность

Горизонты в современной космологии и гравитации представляют собой барьеры, за которыми информация становится недоступной для наблюдателя. Классические примеры включают горизонт событий чёрной дыры, из-под которого не способен вырваться даже свет, и космологический горизонт в расширяющейся Вселенной де Ситтера, скрывающий от нас наиболее удаленные участки пространства.

Квантовые полевые теории предсказывают существование «граничных мод» — особых состояний, возникающих вблизи этих барьеров. По сути, эти дополнительные степени свободы концентрируются строго на границе разделения сред, превращая сам край пространства в активный резервуар квантовой информации.

Однако в стандартных моделях расчеты сталкиваются с серьезным препятствием: энтропия запутанности, характеризующая взаимосвязь квантовых состояний в разных областях, неизбежно стремится к бесконечности. Причиной тому становится избыток высокочастотных флуктуаций, накапливающихся на границе раздела.

Решение этой проблемы исследователи нашли в теории струн, где элементарные объекты трактуются не как безразмерные точки, а как одномерные протяженные образования. Благодаря специфике взаимодействий и фундаментальным принципам, таким как модульная симметрия, теория струн успешно купирует ультрафиолетовые расходимости, естественным образом устраняя «бесконечности».

Физики из Международного центра теоретической физики имени Абдуса Салама и Амстердамского университета применили этот математический аппарат к евклидовой статистической сумме, описывающей полный спектр вероятных квантовых состояний. Результаты их исследования, представленные в журнале Physical Review Letters, доказывают, что при интеграции частиц с различными массами и спинами в единую систему, вклад граничных мод обретает конечное значение. Это избавляет ученых от необходимости вводить искусственные ограничения для борьбы с бесконечностями.

С точки зрения фундаментальной физики этот прорыв обладает колоссальной значимостью. Во-первых, граничные моды критически важны для понимания энтропии горизонтов, которая определяет термодинамическую природу черных дыр. Во-вторых, работа предлагает мощный математический инструмент для описания квантовой гравитации на качественно новом уровне.

Авторы исследования отмечают, что полученный результат оказался неожиданным: существовали опасения, что жесткие требования симметрии могут сделать итоговые выражения математически противоречивыми. Однако стройность конструкции подтвердилась. В ближайшей перспективе ученые планируют усложнить модель, перейдя к анализу поведения граничных мод в условиях черных дыр.

Данное исследование приближает научное сообщество к созданию единой теории квантовой гравитации, в которой пространство-время рассматривается не как статичная декорация, а как динамическая структура, где границы событий выступают не просто геометрическими пределами, а полноценными носителями квантовой информации.

Источник: iXBT