Некоторые крошечные черные дыры на самом деле могут быть разломами в пространстве-времени

Во Вселенной мало что может быть более загадочным, пугающим и труднообъяснимым, чем черная дыра. Факты об этих областях пространства-времени трудно определить, а идея о том, что искривленное пространство-время делает их кандидатами для путешествий во времени и космических путешествий со скоростью, превышающей скорость света, идеально подходит для научной фантастики, но еще труднее укладывается в голове. Если этого было недостаточно, физики определили нечто, похожее на черную дыру, пока вы не подойдете поближе – если это возможно, – а затем это превращается в излом в ткани пространства-времени, который может вдохновить на новые научно-фантастические романы … если простые писатели-фантасты смогут что-то понять это ставит в тупик даже квантовых физиков. Давайте посмотрим, сможем ли мы понять волнение среди теоретиков струн по поводу открытия этих странных черных дыр, которые они называют “топологическими солитонами”. (Отличное название для группы!)

“Мы изучаем фотонные геодезические в топологических солитонах, которые обладают теми же асимптотическими свойствами, что и черные дыры Шварцшильда. Это когерентные состояния в теории струн, соответствующие чистым деформациям пространства-времени за счет динамики компактных дополнительных измерений.”

Это всегда плохой знак, когда публикуется исследование, и серьезным научным сайтам требуется больше месяца, чтобы разобраться в нем и объяснить другим ученым и, возможно, ненаучной, но все еще заинтересованной широкой публике. Тем не менее, именно это произошло с “”, опубликованным месяц назад в журнал Physical Review D. Аспект хороших и плохих новостей в этом исследовании восходит к Альберту Эйнштейну и его общей теории относительности. Хотя это предсказывает существование черных дыр (хорошая новость), это не объясняет, как гравитация черной дыры может втянуть весь материал из коллапсировавшей звезды, которой она когда–то была, и сжать его в сингулярность – точку бесконечной плотности, которая теоретически не может существовать (плохая новость).. Это вынуждает физиков искать новые теоретические объекты для объяснения невозможного… потому что никто не хочет противоречить Эйнштейну.

помогает объяснить, как ученые избегают подвергать сомнению старину Ала, используя теорию струн, которая помогает определить квантовую гравитацию – чрезвычайно сильную гравитацию в чрезвычайно малых масштабах вплоть до сингулярности. В теории струн все частицы во Вселенной представляют собой крошечные вибрирующие струны. Прежде чем вы привыкнете думать, что вы уже разбираетесь в струнах, знайте, что этим струнам требуется больше трех измерений, чтобы вибрировать. Эти дополнительные размеры – их, вероятно, больше одного – также бесконечно малы, и все они скручены, как нитки, которые остаются после долгого пребывания в ящике стола или сушилке для белья. Если вы можете принять это, вы готовы перейти к следующей квантовой концепции – дефекту в струнах.

“Бесконечно малые”, очевидно, означают, что мы не можем видеть струны, поэтому аналогично тому, как астрономы “видят” черные дыры, исследователи используют гравитацию и проходящий вокруг них свет (гравитационное линзирование), чтобы определить, существуют ли они там, и обнаружить другие их характеристики. В новом исследовании соавторы предложили поместить свет позади частиц и наблюдать за тем, что происходит – они признают, что ожидали, что частицы будут вести себя точно так же, как черные дыры. На самом деле, они думали, что может быть трудно провести различие между частицами и черными дырами. Это было правдой.

“Мы показываем, что топологические солитоны удивительно похожи на черные дыры по кажущемуся размеру и рассеивающим свойствам, будучи при этом гладкими и без горизонта. Входящие фотоны испытывают очень высокое красное смещение, вызывая феноменологическое поведение, подобное горизонту, с точки зрения рассеяния фотонов. Таким образом, они представляют собой убедительный довод в пользу реальных гравитационных солитонов и топологических альтернатив черным дырам из теории струн”.

Что ж … это было правдой до тех пор, пока они не подобрались очень близко к струнам. В этот момент бесконечно малые дополнительные измерения, необходимые для существования крошечных скрученных струн, начали скручивать пространство и время в изломы – явление настолько необычное, что они дали частицам новое название: топологические солитоны. Старый добрый несовершенный, но все еще очень полезный инструмент прекрасно справляется с приведением реального примера объекта, который действует как топологический солитон. К сожалению, это то, чего многие люди определенного возраста тоже никогда не видели – скрученный в спираль шнур стационарного телефона.

“Топологический солитон возникает, когда две соседние структуры или пространства каким-то образом находятся “не в фазе” друг с другом таким образом, что плавный переход между ними невозможен. Один из простейших и наиболее распространенных примеров топологического солитона встречается в старомодных спиральных телефонных шнурах, которые обычно скручиваются по часовой стрелке.Годы использования телефонной трубки могут закончиться тем, что части шнура будут наматываться в противоположном направлении против часовой стрелки, и когда это произойдет, появится характерная петля большего размера, разделяющая два направления намотки. Этот странно выглядящий переходный контур, который не вращается ни по часовой, ни против часовой стрелки, является отличным примером топологического солитона.”

Ты можешь это видеть? Это поднимает следующий вопрос: если мы можем видеть гигантскую струну, похожую на свернутый телефонный шнур, скрученный в переходный вид, почему топологический солитон – то же самое на уровне квантовых частиц – все еще гипотетичен? Отчасти это происходит потому, что они так похожи на своих собратьев, черные дыры, но внезапно меняют свое поведение, когда вы подходите поближе. Приближение к черной дыре опасно для жизни – когда вы проходите над горизонтом событий, где свет больше не может существовать, вас втянет внутрь и никогда не выплюнет. (Если только черные дыры не являются червоточинами – тема для другого обсуждения.) Однако, когда вы приближаетесь к топологическому солитону, вы сразу замечаете, что его поведение показывает, что у него вообще нет горизонта событий. Означает ли это, что он не так опасен, как черная дыра? предупреждает о приближении слишком близко.

“Топологические солитоны, поскольку они не являются сингулярностями, не имеют горизонтов событий. Таким образом, вы могли бы в принципе подойти к солитону и подержать его в руке, предполагая, что вы пережили столкновение.”

Сейчас ученые ищут добровольцев, чтобы приблизиться к этим гипотетическим разломам в пространстве-времени, чтобы они могли лучше понять их, объяснить, как они существуют, и, возможно, узнать больше о том, как существуют и их родственники – черные дыры.

Если вы не заинтересованы в волонтерстве, вы все равно можете использовать топологические солитоны для сюжета научно-фантастического фильма … или для названия отличной группы.