Новая модель центра черной дыры: ученые объяснили парадокс

Физики разработали новую теорию, которая ставит под сомнение устоявшееся представление о центре черной дыры. Вместо бесконечно плотной точки, как считалось ранее, новая модель описывает совершенно иную структуру этого загадочного объекта.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, было освещено изданием РБК-Украина.

Парадокс двух наблюдателей

Концепция сингулярности как безразмерной точки была предложена еще в 1930-х годах, поскольку она упрощала расчеты и объяснения. Однако в 1960-х годах было установлено, что в случае вращающихся черных дыр центробежная сила формирует из сингулярности кольцо. Для статических черных дыр «точечная» модель оставалась неизменной.

Для проверки этой гипотезы ученые Эндрю Гамильтон из Колорадского университета в Боулдере и Тайлер Макмакен из Мэрилендского университета провели мысленный эксперимент. Они смоделировали ситуацию, в которой два исследователя падают в черную дыру с противоположных направлений.

Согласно простой «школьной» теории, если сингулярность — это точка, оба космонавта должны были бы столкнуться или оказаться в одной пространственно-временной координате. Однако общая теория относительности утверждает, что в процессе падения экстремально искривленное пространство-время движется к центру быстрее скорости света. Это разрушает причинно-следственную связь между наблюдателями, делая невозможным обмен сигналами или физическую встречу.

Ученые подчеркивают, что если наблюдатели не могут попасть в одно и то же событие в пространстве и времени, они не могут двигаться к одной точке. Это противоречие устраняется лишь при условии, что сингулярность представляет собой обширную трехмерную поверхность, к которой каждый наблюдатель подходит в своем изолированном пространстве.

«Я всегда шучу со студентами, что черные дыры постоянно бросают вызов моей интуиции. Да, это стало неожиданностью. Но в то же время это наконец-то расставило все на свои места», — отметил Эндрю Гамильтон.

Восемь кадров по визуализации падения в черной дыре. (источник: Гамильтон и Макмейкен, Phys. Rev. D., 2026)

Шаг к «теории всего»?

Данное открытие имеет большое значение для фундаментальной науки. Современная физика базируется на двух основных теориях: Общей теории относительности Эйнштейна, описывающей гравитацию и космос, и квантовой механике, объясняющей мир на атомном уровне. В условиях черных дыр эти теории вступают в противоречие и перестают работать.

Физики на протяжении столетия ищут «квантовую гравитацию» — единую теорию, которая могла бы объяснить Вселенную на всех уровнях.

Переосмысление сингулярности как трехмерной поверхности изменяет математические условия, при которых привычные законы физики перестают действовать. Эти граничные поверхности являются уникальным местом во Вселенной, где квантовая гравитация проявляется в реальности, предоставляя ученым правильную отправную точку для дальнейших расчетов.