Неожиданный поворот теории струн: черные дыры могут быть дефектами пространства-времени - солитонами - ASTRO QUANTUM

Неожиданный поворот теории струн: черные дыры могут быть дефектами пространства-времени — солитонами

Команда физиков-теоретиков при математическом моделировании обнаружила возможность существования странной структуры в пространстве-времени, которая для внешнего наблюдателя выглядела бы в точности как черная дыра, но при ближайшем рассмотрении оказалась бы дефектом в самой ткани Вселенной.

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает существование черных дыр, образующихся при коллапсе гигантских звезд. Но та же теория предсказывает, что в их центрах находятся сингулярности, которые являются точками бесконечной плотности. Поскольку мы знаем, что во Вселенной на самом деле не может быть бесконечных плотностей, мы воспринимаем это как признак того, что теория Эйнштейна неполна. Но после почти столетия поисков расширений ученые все еще не подтвердили лучшую теорию гравитации.

Но у ученых есть кандидаты, одним из которых является теория струн. В теории струн все частицы Вселенной на самом деле представляют собой микроскопические вибрирующие петли струны. Чтобы поддерживать большое разнообразие частиц и сил, которые мы наблюдаем во Вселенной, эти струны не могут просто вибрировать в наших трех пространственных измерениях. Вместо этого должны существовать дополнительные пространственные измерения, которые свернуты сами по себе в многообразия, настолько маленькие, что они ускользают от повседневного внимания и экспериментов.

Эта экзотическая структура в пространстве-времени дала команде исследователей инструменты, необходимые для идентификации нового класса объектов, того, что они называют топологическим солитоном. В ходе своего анализа ученые обнаружили, что эти топологические солитоны являются стабильными дефектами в самом пространстве-времени. Для их существования не требуется материи или других сил – они так же естественны для структуры пространства-времени, как трещины во льду.

Исследователи изучали солитоны, моделируя поведение света, который проходил бы рядом с ними. Поскольку они являются объектами экстремального пространства-времени, они искривляют пространство и время вокруг себя, что влияет на путь света. Для удаленного наблюдателя эти солитоны выглядели бы точно так, как черные дыры. У них были бы тени и кольца света вокруг (линзирование). Изображения, полученные с телескопа Event Horizon и обнаруженные сигнатуры гравитационных волн, будут вести себя одинаково и для черных дыр и для солитонов.

Только подойдя ближе, вы поймете, что наблюдаете не черную дыру. Одной из ключевых особенностей черной дыры является ее горизонт событий, воображаемая поверхность вернуться из которой невозможно. Топологически солитоны, поскольку они не являются сингулярностями, не имеют горизонтов событий. Таким образом, в принципе, вы могли бы подойти к солитону и подержать его в руке.

Эти топологические солитоны являются невероятно гипотетическими объектами, основанными на математическом моделировании теории струн верность которой еще не доказана, но которая является жизнеспособным обновлением нашего понимания физики. Однако эти экзотические объекты служат важными для дальнейших исследований. Если исследователи смогут обнаружить наблюдаемое различие между топологическими солитонами и традиционными черными дырами, это может проложить путь к поиску способа проверки самой теории струн.