Черные дыры оказались трехмерными голограммами
Изображение: Gerd Altmann / Pixabay
Международная группа ученых пришла к выводу, что черные дыры могут быть похожи на голограммы, в которых вся информация, которую они содержат, может быть закодирована на двумерной поверхности. Эта модель согласуется с теорией относительности Эйнштейна, которая описывает черные дыры как трехмерные, сферические и гладкие объекты. Статья исследователей опубликована в журнале Physical Review X.
Известно, что черные дыры в рамках теории относительности Эйнштейна обладают термодинамической энтропией, которая, как было открыто Хокингом, пропорциональна площади горизонта событий. Иными словами, чем больше черная дыра, тем больше информации она в себе несет. Информация, в данном случае, это число квантовых микросостояний, как следует из квантовой механики. Однако оба описания черных дыр (квантовомеханическое и термодинамическое), как оказалось, конфликтуют между собой.
Чтобы доказать соответствие между двумя описаниями, специалисты применили 30-летнюю идею, называемую голографическим принципом Хоофта. Он заключается в том, что вся информация, содержащаяся в некоторой области трехмерного (или n-мерного) пространства, может быть закодирована на двумерной границе (или n-1-мерной), окружающей это пространство. Это помогает решить некоторые фундаментальные физические проблемы, например, описать поведение гравитации в регионе Вселенной в системе с меньшим числом измерений. При этом не возникает противоречий между квантовой механикой и теорией относительности Эйнштейна, с которыми физики обычно сталкиваются при изучении черных дыр.
Исследователи описали свойства черной дыры как двумерную систему, в которой гравитация не присутствует явно, а соответственно, нет и порождаемой ею противоречий. Для этого они применили особую разновидность голографического принципа, называемого AdS/CFT-соответствием. Оно заключается в том, что некое пятимерное пространство с отрицательной кривизной (антидеситтеровское пространство, AdS) эквивалентно миру-границе с четырьмя измерениями. Согласно теории струн, эта граница, называемая браной, содержит частицы в виде струн, и поведение этих частиц аналогично поведению частиц в AdS с гравитацией.
Ученые пришли к выводу, что энтропия вращающейся заряженной черной дыры в AdS действительно может быть выражена числом микросостояний в пространстве с меньшим числом измерений.