Учёные впервые рассмотрели внутреннюю структуру черной дыры в сверхвысоком разрешении

Физики из Университета Южной Калифорнии достигли значительного успеха в исследовании чёрных дыр, предложив модель их скрытой внутренней структуры с исключительной детализацией. Исследование вводит понятие «суперлабиринтов» — концептуальных моделей, описывающих микроскопическое строение этих объектов на уровне, который ранее был недоступен ни по теории Эйнштейна, ни по классической квантовой механике. Этот труд не только расширяет понимание структуры пространства-времени, но и открывает новые перспективы для объединения основных физических законов.

Согласно общей теории относительности, чёрная дыра является «непроницаемой зоной» с горизонтом событий, за которым исчезают свет и информация. Но эта модель расходится с квантовой механикой, утверждающей, что у любых объектов должна быть сложная внутренняя структура. Теория струн предлагает решение в виде «фаззболов» — многомерных формирований без чёткого горизонта, которые заменяют традиционное представление о чёрных дырах. Николас Уорнер, ведущий автор работы, вместе с коллегами продемонстрировал построение таких форм при помощи «суперлабиринтов» — комплекса многомерных мембран (бран) в рамках М-теории. Эта теория развивает идеи струн, предполагая, что фундаментальные элементы Вселенной могут обладать не одним измерением, а двумя (М2-браны) или даже пятью измерениями (М5-браны).

Команда учёных сосредоточилась на пересечении этих бран, формирующих своеобразный «субстрат», кодирующий информацию о материи, поглощенной чёрной дырой. Для описания их взаимодействий исследователи разработали «функцию лабиринта» — математический инструмент для разрешения уравнений, подобных тем, которые регулируют динамику жидкостей или сложных оптических систем. Эта функция позволила не только определить энтропию чёрной дыры (меру её неопределённости), но и шагнуть ближе к описанию её микроскопических состояний — своего рода «пикселей», составляющих полное изображение объекта.

«Если раньше чёрная дыра казалась нам размытым пятном, то суперлабиринты позволяют рассмотреть её с детализацией в миллиард пикселей», — объясняет ведущий автор исследования Николас Уорнер. «Это как увидеть каждую деталь фрески Микеланджело после веков наблюдения её силуэта». Подход разрешает ключевой парадокс: почему в теории Эйнштейна чёрные дыры кажутся пустыми, в то время как квантовая механика требует их сложной внутренней структуры.

Перспективы этой работы выходят за пределы научной теории. Подробное изучение микроструктуры чёрных дыр может стать мостом к квантовой гравитации — теории, которая стремится объединить все фундаментальные взаимодействия. Хотя практическое применение пока остаётся в будущем, методы изучения суперлабиринтов могут отразиться на разработке алгоритмов для квантовых компьютеров или в анализе данных гравитационных наблюдений, таких как LIGO. Уорнер подчёркивает, что это только начало: на создание полной карты «внутреннего мира» чёрной дыры уйдут годы. Но если теория подтвердится, человечество получит ключ не только к загадкам космоса, но и к новым технологиям, находящимся в пересечении физики и математики.

Источник: iXBT