Постановка космического вопроса: что происходит внутри черной дыры?
Подумайте над следующими интригующими вопросами: что происходит с самим измерения пространства-времени внутри черной дыры? Различные ответы ИИ подчеркивают как наше текущее понимание, так и наши ограничения.
Первая перспектива: непрерывность четырехмерного пространства-времени
В одном из ответов утверждается, что объекты, падающие в черную дыру, не теряют никаких измерений. С этой точки зрения пространство-время сохраняет свою четырехмерную структуру (три измерения пространства плюс одно измерение времени) как вне, так и внутри горизонта событий. Сингулярность — где плотность становится бесконечной — на самом деле не является состоянием, сведенным к 1D. Вместо этого она представляет собой точку, в которой общая теория относительности нарушается после попадания в черную дыру. Хотя теории квантовой гравитации, такие как петлевая квантовая гравитация, предлагают альтернативы (например, «отскоки», которые избегают сингулярного состояния), ни одна из этих идей не предполагает сокращения числа измерений.
Вторая перспектива: разделение измерений на сингулярности
Последующий ответ того же ИИ подчеркивает другую точку зрения. В теории Эйнштейна сингулярность определяется как точка бесконечной плотности и экстремальной кривизны пространства-времени. Это то место, где уравнения общей теории относительности «ломаются». В этой классической картине пространство-время теряет свою четко определенную четырехмерную структуру (3 пространственных измерения плюс 1 временное измерение). Для невращающихся, или шварцшильдовских, черных дыр сингулярность описывается как 0D-точка. Напротив, для вращающихся (керровских) черных дыр сингулярность принимает форму 1D-кольца.
Разрешение противоречий: артефакты математических моделей
ИИ объясняет эти, казалось бы, противоречивые ответы напоминанием о том, что в общей теории относительности сингулярность не является физическим объектом. Вместо этого это математический артефакт. Метки «0D» и «1D» служат геометрическими сокращениями — концептуальными заполнителями, которые указывают, где наши классические теории терпят неудачу. По сути, эти обозначения («здесь обитают драконы») признают ограничения нашего текущего понимания экстремальных гравитационных сред, особенно тех, которые включают черные дыры.
Охватывая неизвестное в теоретической физике
Подводя итог, можно сказать, что одна точка зрения утверждает, что пространство-время остается четырехмерным на протяжении всего путешествия в черную дыру. Это верно даже тогда, когда общая теория относительности рушится в сингулярности. Другая точка зрения предполагает, что вблизи сингулярности привычная четырехмерная структура теряется. Она коллапсирует в 0D точку или 1D кольцо в зависимости от вращения черной дыры. В конечном счете, оба ответа напоминают об ограничениях наших текущих теорий и продолжающейся проблеме объединения общей теории относительности с квантовая механика.
Прозрение Стивена Хокинга: проливаем свет на наши ограничения
Иллюстративное изображение из лекции Стивена Хокинга Reith Lecture 26 января 2016 года еще больше подчеркивает этот момент. Прозрения Хокинга напоминают нам, что в то время как наши современные модели черных дыр Они отражают многие аспекты реальности, но в то же время выявляют глубокие пробелы в наших знаниях.
Пока не будет разработана успешная теория квантовой гравитации, эти описания остаются приближениями. Они отражают как человеческое невежество, так и наше понимание.
Изображение: из Stephen Hawking Лекция Рейта, 26 января 2016 г.