В России доказали невозможность существования черной дыры без излучения
Черная дыра потому и называется черной, что никакие объекты или излучение не могут из нее вырваться — по крайней мере, так считалось во времена, когда она была впервые открыта. Потом Стивен Хокинг показал, что у некоторых черных дыр все-таки есть излучение. А теперь российский астрофизик доказала, что существование неизлучающих черных дыр вообще невозможно — для ряда частных случаев.
Младший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Инна Иванова в своем исследовании проверила гипотезу о том, что черная дыра, не излучающая частицы, в принципе может существовать. И, что наверняка удивило бы физиков еще лет 50 назад, как минимум для ряда определенных вводных это оказалось невозможным.
Математическое моделирование, результаты которого были опубликованы в журнале Physics of Particles and Nuclei Letters, проводилось на примере идеальной жидкости с переменным числом частиц. Для сферически симметричных геометрий было наглядно продемонстрировано, что физический вакуум такой модели не может быть описан решениями наподобие черной дыры как в общей теории относительности, так и для некоторых случаев квадратичной гравитации.
Изучение рождения частиц — это сложный процесс, и во многом потому, что необходимо учитывать обратное влияние их появления на измерения (так называемый «эффект наблюдателя»). Зарождение элементарных частиц — это квантовый процесс, для понимания которого требуется задать граничные условия. Но последние могут быть наложены только после решения классических уравнений поля для данной квантовой задачи. Получается замкнутый круг.
Способ разорвать его предложил старший научный сотрудник ИЯИ РАН, доктор физико-математических наук Виктор Березин. Он рассмотрел модификацию лагранжиана (разницы между кинетической и потенциальной энергией) идеальной жидкости в эйлеровых переменных с непостоянным числом частиц. В итоге были получены уравнения движения, решением которых является функция от времени: они позволяют свести к околонулевой величине «исходное действие».
В свою очередь Иванова выяснила, что левая часть «закона рождения» оказывается «конформно инвариантной». Если опустить сложные математико-физические построения, то можно резюмировать, что ученые ИЯИ РАН нашли универсальную формулу закона рождения частиц в случае, если влияющим на этот процесс фактором является только гравитация.
В случае же, когда частиц нет, и функция рождения равна нулю (это состояние ученые называют «беременным вакуумом»), то решение Шваршильда-де Ситтера, которое описывает черную дыру, сводится к частному случаю геометрии де Ситтера, в которой никакой дыры нет. Вместо нее есть лишь очень кривое пространство. Только в таком пространстве может существовать вакуум, не излучающий частиц.
Таким образом, черные дыры чисто математически не могут представлять собой тот самый «беременный вакуум». Свести решения для нескольких классических случаев к общей закономерности еще предстоит, но, похоже, невозможность существования черной дыры, не рождающей частиц, благодаря российским ученым становится фактом.
