Мини-фрактальная вселенная может находиться внутри черных дыр

Черные дыры, пожалуй, самые странные и наименее изученные объекты в нашей Вселенной. Обладая таким большим потенциалом - будучи связанными со всем, от червоточин до новых вселенных - они десятилетиями интересовала физиков.

Но какими бы странными ни были эти объекты, можно было вообразить даже более странные типы черных дыр. В одной перевернутой гипотетической версии Вселенной может существовать причудливый тип черной дыры. Теперь команда исследователей погрузилась в математическое сердце так называемых заряженных черных дыр и обнаружила множество сюрпризов, включая ад пространства-времени и экзотический фрактальный ландшафт… и, возможно, многое другое.

Есть всевозможные потенциальные, гипотетические черные дыры: с электрическим зарядом или без него, вращающиеся или неподвижные, окруженные материей или плавающие в пустом пространстве. Некоторые из этих гипотетических черных дыр наверняка существуют в нашей Вселенной; например, вращающаяся черная дыра, окруженная падающей материей, - довольно распространенное явление. Ученые даже сфотографировали ее.

Но некоторые другие виды черных дыр чисто теоретические. Даже в этом случае физики все еще заинтересованы в их изучении - погружаясь в их математические основы, мы можем понять новые взаимосвязи и значения наших физических теорий, которые могут иметь последствия в реальном мире.

Одна из таких теоретических черных дыр - электрически заряженная черная дыра, окруженная определенным пространством, известным как анти-де-Ситтер. Не вдаваясь в подробности, этот вид пространства имеет постоянную отрицательную геометрическую кривизну, как седло лошади. Космос с пространством анти-де Ситтера, при прочих равных условиях, будет иметь отрицательную космологическую постоянную, что означает, что любая материя будет иметь тенденцию конденсироваться в черную дыру, в отличие от известного ускоряющегося расширения, которое разбрасывает Вселенную.

Этого пространства в "седле лошади" не существует в нашей Вселенной, но это нормально: оказывается, что эти экзотические черные дыры все еще имеют удивительно сложные структуры, которые стоит исследовать.

Одна из причин, по которой стоит изучить, заключается в том, что заряженные черные дыры имеют много общего с вращающимися черными дырами, которые, безусловно, существуют в нашей Вселенной, но с заряженными черными дырами математически проще бороться. Итак, изучая заряженные черные дыры, мы можем получить некоторое представление о вращающихся черных дырах в реальном мире.

Кроме того, физики обнаружили, что когда эти черные дыры становятся относительно холодными, они создают "дымку" квантовых полей вокруг своей поверхности. Эта дымка прилипает к поверхности, притягиваясь внутрь неутомимой гравитацией самой черной дыры, но выталкиваемая наружу электрическим напряжением той же самой черной дыры. Мгла квантовых полей, стабильно действующих на поверхности, также известна как сверхпроводник. Сверхпроводники имеют реальное применение (а именно, они могут передавать электрический ток без сопротивления), поэтому наблюдение за тем, как сверхпроводники проявляют себя в этих экзотических сценариях, помогает нам понять их математические структуры, что потенциально может привести к новому пониманию реальных приложений.

В исследовании, опубликованном в базе данных препринтов arXiv, группа исследователей использовала язык сверхпроводимости, чтобы обнаружить, что находится дальше под поверхностью этих гипотетических черных дыр.

"Нормальные" заряженные черные дыры - те, которые окружены типичным пространством-временем, которое вы можете найти в нашей Вселенной - имеют несколько причуд внутри. Во-первых, за горизонтом событий (границей каждой черной дыры, из которой вы не можете выбраться, упав в нее) лежит нечто, называемое внутренним горизонтом, областью интенсивных квантовых энергий. За этим находится червоточина, мост к белой дыре в каком-то другом уединенном уголке вселенной (по крайней мере, согласно математике).

Но мы действительно не знаем, существуют ли подобные кротовые норы в реальной жизни, потому что математика заряженных черных дыр ломается на внутреннем горизонте, и ничему больше нельзя научиться, пока мы не разработаем новую физику. К счастью, заряженные черные дыры, окруженные пространством анти-де Ситтера, которые сейчас мы будем называть сверхпроводящими черными дырами, позволяют избежать этой проблемы.

Хорошая новость заключается в том, что внутренний горизонт сверхпроводящей черной дыры разрушается, что позволяет вам плавно проплыть мимо него, не "спагеттифицировавшись", как это было бы в обычной неподвижной черной дыре. Плохая новость заключается в том, что мост кротовой норы внутри сверхпроводящей черной дыры также разрывается на части, так что вы не можете перенестись к далеким звездам.

Но это не значит, что с вами ничего интересного не происходит. Внутри того, что было бы внутренним горизонтом, внутренняя часть сверхпроводящей черной дыры становится немного пенистой.

Обычно частицы в реальных сверхпроводниках могут колебаться, поддерживая колебания волн взад и вперед, создавая эффект, известный как колебания Джозефсона. А глубоко внутри этих черных дыр само пространство колеблется взад и вперед. Если бы вы физически упали в одного из этих монстров, вас бы ждало ухабистое путешествие.

Но как только вы преодолеете вибрирующее пространство-время, то, что будет дальше, поистине загадочно. Исследователи обнаружили, что самые внутренние области сверхпроводящей черной дыры могут представлять собой расширяющуюся Вселенную в гротескной миниатюре, место, где пространство может растягиваться и деформироваться с разной скоростью в разных направлениях.

Более того, в зависимости от температуры черной дыры, некоторые из этих областей пространства могут вызвать новый виток вибраций, которые затем создают новый участок расширяющегося пространства, который запускает новый виток вибраций, которые затем создают новый участок. о расширении пространства и так далее, и так далее во все меньших масштабах.

Это была бы миниатюрная фрактальная вселенная, бесконечно повторяющаяся от большого до маленького. Совершенно невозможно описать, каково было бы попасть туда, но это определенно было бы странно.

В центре этого странного фрактального хаотического беспорядка находится сингулярность: точка бесконечной плотности, место, где находится каждая крупица материи, когда-либо упавшая в черную дыру.

К сожалению, даже с их математическими методами сверхзаряженной сверхпроводимости, исследователи не могут описать, что происходит в сингулярности. Вся известная физика рушится, и для ее полного описания требуются новые теории гравитации.

Кто знает, что вы найдете в центре сверхпроводящей черной дыры, но, по крайней мере, вам понравится спускаться вниз.

Напомним, ранее сообщалось, что ученые уверены, что мы не живем в Матрице.

Источник