Гравитационная сингулярность ставит перед учеными сложную задачу, поскольку в ней известные нам законы физики перестают выполняться. Один из способов решения этой проблемы — квантовая гравитация, объединяющая общую теорию относительности с квантовой механикой. В новом исследовании ученые из Университета Шеффилда и Мадридского университета Комплутенсе применили квантовую гравитацию к внутренней части черной дыры.

В качестве мысленного эксперимента они изучили черную дыру особого типа — плоскую антидеситтеровскую черную дыру с упрощенной геометрией. И применили к ней принцип унитарности. В квантовой механике унитарность означает, что общая вероятность всех возможных результатов системы всегда должна равняться единице. Этот принцип гарантирует, что информация никогда не теряется, даже в хаотической среде черной дыры, пишет ZME Science.

Как обнаружили исследователи, классическая сингулярность не может существовать при условии соблюдения принципа унитарности. Внутренняя часть черной дыры должна перейти в квантовое состояние, в котором сингулярность будет заменена областью интенсивных квантовых флуктуаций, известной как «квантовый отскок». Пространство и время здесь не заканчиваются, а переходят в белую дыру, теоретический объект, который выталкивает вещество и энергию, а не притягивает их.

«Гипотетически, можно заставить наблюдателя — гипотетическое существо — пройти сквозь черную дыру, через то, что мы считаем сингулярностью, и выйти по другую сторону белой дыры, — сказал Штеффен Гилен, один из авторов исследования. — Понятие наблюдателя весьма абстрактное, но, теоретически, такое может произойти».

В прошлом физики уже предполагали, что черные дыры могут переходить в белые дыры. Новое исследование отличается тем, что закладывает конкретную математическую основу того, как это может произойти. Кроме того, исследователи показали, что этот процесс соответствует принципам квантовой механики.

Если черные дыры на самом деле не заканчиваются сингулярностью, ученым придется изменить представление об этой экстремальной среде. К тому же, возникают новые пути решения давних загадок, таких как информационный парадокс черных дыр.

Несколько лет назад математики уже приводили доказательство отсутствия сингулярности в черных дырах. Теория петлевой квантовой гравитации позволила им расширить гравитационную физику за пределы общей теории относительности.