Физики-теоретики Эндрю Хэмилтон из Университета Колорадо и Тайлер Макмакен из Университета Мэри показали, что сингулярность внутри невращающейся чёрной дыры Шварцшильда — это не точка бесконечной плотности, как принято считать, а плоская трёхмерная поверхность. Работа принята к публикации в журнале Physical Review D.

Как менялось представление о сингулярности

Ещё в 1930-х годах сингулярность простой чёрной дыры представляли точкой, к которой стягивается всё вещество. В 1960-х для вращающихся чёрных дыр Керра выяснили, что центробежные силы превращают сингулярность в кольцо. Однако для чёрных дыр Шварцшильда модель точки сохранялась как удобная и понятная картина.

Что изменило новое исследование

Ещё в 1998 году Хэмилтон, создавая визуализации падения в чёрную дыру для студентов, заметил, что вместо точки получается поверхность, но тогда не смог объяснить эффект. Разгадку удалось найти, проследив траектории двух наблюдателей, падающих в одну чёрную дыру с противоположных сторон.

Если бы сингулярность была точкой, оба наблюдателя должны были бы оказаться в одном и том же месте. Однако искривлённое пространство-время не позволяет свету или любому другому сигналу перемещаться между ними: они навсегда теряют причинную связь. Из этого следует, что они не могут сойтись в одной точке. Противоречие исчезает, если сингулярность представляет собой плоскую трёхмерную пространственно-подобную поверхность, которую каждый наблюдатель достигает в своей точке.

Что это значит для физики

По словам авторов, похожий вывод касается и вращающихся чёрных дыр Керра: их кольцевая сингулярность при реалистичном коллапсе также превращается в пространственно-подобную поверхность на внутреннем горизонте.

«Квантовая гравитация — центральный вопрос теоретической физики, и именно на сингулярных поверхностях чёрных дыр она и происходит в нашей Вселенной», — отметил Хэмилтон. Если сингулярность Шварцшильда — поверхность, а не точка, это меняет математическую отправную точку для будущей теории, объединяющей общую относительность с квантовой механикой.

Вкратце

Физики показали, что сингулярность внутри чёрной дыры Шварцшильда — это не точка бесконечной плотности, а плоская трёхмерная поверхность. К такому выводу пришли, проанализировав траектории наблюдателей, падающих в чёрную дыру с разных сторон. Новая картина меняет понимание того, где именно проявляется квантовая гравитация, и может повлиять на будущие теории. Работа принята к публикации в журнале Physical Review D.