Один из основоположников теории петлевой квантовой гравитации Абэй Аштекар и его коллеги разработали новые точные математические уравнения, чтобы понять, что происходит внутри черных дыр согласно этой теории.

Теория петлевой квантовой гравитации использует квантовую механику для расширения гравитационной физики за пределы Общей теории относительности Эйнштейна. Две новые работы, опубликованные в журналах Physical Review Letters и Physical Review D, исследуют квантовую природу внутренней структуры черной дыры.

Черные дыры — таинственные объекты с внешней границей, известной как горизонт событий, удерживающей все, что за нее попадает, даже свет.

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что как только объект попадет за горизонт событий, он будет двигаться только к центру черной дыры — сингулярности, — где будет полностью уничтожен. В этой точке сингулярности гравитационное притяжение бесконечно, и все законы физики в ней перестают работать, включая теорию Эйнштейна.

Физики-теоретики уже несколько десятилетий задаются вопросом, существует ли на самом деле сингулярность, и пытаются это выяснить посредством сложных математических уравнений без какого-либо особого успеха.

«Лучшая теория гравитации на сегодня — Общая теория относительности, — но у нее есть ограничения, — говорит профессор Абэй Аштекар, директор Института гравитации и космоса Университета штата Пенсильвания. — Например, Общая теория относительности предсказывает, что во Вселенной есть места, где гравитация становится бесконечной и пространство-время заканчивается. Мы называем их сингулярностями. Но даже Эйнштейн соглашался, что это ограничение Общей теории относительности — результат того, что в ней не учитывается квантовая механика».

Профессор Аштекар и его коллеги разработали новые математические уравнения, описывающие черные дыры в петлевой квантовой гравитации и показывающие, что сингулярности черных дыр не существует.

«Пространство-время в теории Эйнштейна — это ткань, которую можно делить на такие мелкие части, какие мы хотим. Это по большей части обусловлено сингулярностью, где гравитационное поле становится бесконечным, — говорит соавтор исследования профессор Парамприт Сингх из Университета штата Луизиана. — В петлевой квантовой гравитации пространство-время обладает плиточной структурой, его нельзя разделить меньше самого мелкого сегмента. Мы показали, что это относится и к черным дырам, а значит, сингулярности не существует».

Вместо сингулярности петлевая квантовая гравитация предсказывает воронку в другое ответвление пространства-времени.

«Эти плиточные единицы геометрии, известные как квантовые возмущения, которые разрешают проблему сингулярности на множество порядков меньше того, что мы можем зарегистрировать при помощи современных технологий, но у нас есть точные математические уравнения, предсказывающие их поведение», — объясняет профессор Аштекар.