Группа физиков-теоретиков обнаружила странные структуры в пространстве-времени, которые для стороннего наблюдателя выглядят как черные дыры, но при ближайшем рассмотрении оказывается не тем, чем кажутся: это дефекты в самой ткани Вселенной.
Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает существование черных дыр, образующихся при коллапсе гигантских звезд. Но та же теория предсказывает, что их центры являются сингулярностями, то есть точками бесконечной плотности. Поскольку мы знаем, что бесконечная плотность не может существовать во Вселенной, мы считаем это признаком того, что теория Эйнштейна несовершенна. Но после почти столетнего поиска вариантов мы так и не нашли лучшей теории гравитации.
Хотя, у нас есть кандидаты, в том числе теория струн. В теории струн все частицы Вселенной на самом деле являются микроскопическими вибрирующими петлями струны. Для того чтобы поддерживать широкий спектр частиц и сил, которые мы наблюдаем во Вселенной, эти струны не могут просто вибрировать в наших трех пространственных измерениях. Вместо этого должны существовать дополнительные пространственные измерения, которые сворачиваются сами по себе в многообразия настолько маленькие, что они ускользают от повседневного внимания и экспериментов.
Эта экзотическая структура в пространстве-времени дала группе исследователей инструменты, необходимые для определения нового класса объектов, которые они назвали топологическими солитонами. В ходе анализа они обнаружили, что эти топологические солитоны представляют собой стабильные дефекты в самом пространстве-времени. Для их существования не требуется ни материя, ни другие силы – они так же естественны для ткани пространства-времени, как трещины во льду.
Ученые изучали эти солитоны, исследуя поведение света, проходящего вблизи них. Поскольку они являются объектами экстремального пространства-времени, они изгибают пространство и время вокруг себя, что влияет на путь света. Для далекого наблюдателя эти солитоны выглядели бы точно так же, как мы предсказываем появление черных дыр. У них будут тени, кольца света и т.д. Изображения, полученные с помощью телескопа “Горизонт событий”, и обнаруженные сигнатуры гравитационных волн будут вести себя так же.
Только подойдя поближе, можно понять, что перед вами не черная дыра. Одной из ключевых особенностей черной дыры является ее горизонт событий – воображаемая поверхность, пересекая которую, вы не сможете выбраться. Топологические солитоны, поскольку они не являются сингулярностями, не имеют горизонта событий. Поэтому в принципе вы можете подойти к солитону и взять его в руку, при условии, что вы переживете эту встречу.
Эти топологические солитоны – полностью гипотетический объект, основанный на нашем понимании теории струн, которая еще не доказала, что является жизнеспособным обновлением нашего понимания физики. Однако эти экзотические объекты служат важными тестовыми исследованиями. Если ученые смогут обнаружить важное наблюдательное различие между топологическими солитонами и традиционными черными дырами, это может проложить путь к поиску способа проверки самой теории струн.
Читайте также: Может ли человек проникать в черные дыры для их изучения?