Одновременно мертвые и живые, огромные и маленькие: Черные дыры могут обладать квантовыми свойствами

Черные дыры обладают свойствами, характерными для квантовых частиц: эти загадочные космические тела могут быть одновременно маленькими и большими, тяжелыми и легкими, мертвыми и живыми, как легендарный кот Шредингера.

Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, основано на компьютерном моделировании и направлено на поиск сложной для понимания связи между искажающей время физикой сверхмассивных объектов, таких как черные дыры, и принципами, определяющими поведение мельчайших субатомных частиц.

Черные дыры могут иметь разные массы одновременно

Как рассказывает Space.com, исследовательская группа разработала математический математическую структуру, в рамках которой рядом с гигантской смоделированной черной дырой поместили смоделированную квантовую частицу. Моделирование показало, что черная дыра демонстрировала признаки квантовой суперпозиции, то есть способность существовать сразу в нескольких состояниях — в данном случае быть одновременно и массивной, и немассивной.

«Мы хотели выяснить, могут ли черные дыры иметь разные массы одновременно. Оказывается, могут, – заявил специалист в области теоретической физики, автор исследования Джошуа Фу из Университета Квинсленда. – До сих пор мы глубоко не изучали, свойственно ли черным дырам странное и чудесное поведение, характерное квантовой физике».

Пример кота Шредингера

Самым известным примером квантовой суперпозиции считается легендарный кот Шредингера –мысленный эксперимент, проведенный физиком Эрвином Шредингером в начале 20 века для демонстрации некоторых фундаментальных проблем квантовой физики. Согласно квантовым теориям, субатомные частицы существуют одновременно в нескольких состояниях, пока не взаимодействуют с внешним миром. В результате этого взаимодействия частица оказывается в одном из возможных состояний.

Шредингер, который в 1933 году получил Нобелевскую премию по физике, хотел показать этим научным экспериментом абсурдность квантовой теории, которая предполагает, что кот, запертый в ящике, может быть мертв и жив одновременно – в зависимости от случайного поведения атомов, пока наблюдатель не нарушает суперпозицию.

Тем не менее, как выяснилось, если кот в ящике мог быть мертв независимо от действий наблюдателя, то квантовая частица действительно может существовать в двойственном состоянии. Новое исследование показывает, что черная дыра также может существовать в двойственном состоянии.

Американский физик-теоретик Джейкоб Бекенштейн первым предположил, что черные дыры могут обладать квантовыми свойствами. По его словам, поскольку черная дыра определяется своей массой, ее квантовая суперпозиция должна означать, что эти странные гравитационные ворота могут иметь несколько масс, попадающих под определенное соотношение.

«Наше моделирование показало, что эти наложенные друг на друга массы располагались в определенных заранее определенных слоях или соотношениях, как и предсказывал Бекенштейн. Мы не ожидали встретить такую закономерность, поэтому то, что мы нашли это доказательство, действительно удивительно», – сказала соавтор исследования Магдалена Зи.