Ученые Ланкастерского университета и Имперского колледжа Лондона в Великобритании обнаружили нарушение одного из фундаментальных законов физики — сохранения электрического заряда. Однако нарушение это происходит при крайне экзотических условиях: в сингулярности черной дыры, куда попадает так называемая аксионная бомба — особое сочетание электромагнитных и аксионных полей. Свои выводы исследователи опубликовали в немецком научном журнале Annalen der Physik. Кратко о научной работе рассказывается в пресс-релизе на Phys.org.
По словам авторов статьи, нетривиальное топологическое пространство, в том числе то, что присутствует в центре черной дыры, может нарушить сохранение заряда, то есть заряд может возникнуть из ниоткуда или быть уничтоженным. Однако это зависит и от самой природы заряда, то есть конфигурации электромагнитного поля. Чтобы продемонстрировать такое нарушение, ученые добавили в уравнения Максвелла дополнительный член — аксионный. Аксионы представляют собой гипотетические, еще не обнаруженные частицы, чье существование необходимо для сохранения CP-инвариантности. Они также являются частицами-кандидатами темной материи.
Согласно математической конструкции, разработанной учеными, в вакууме может существовать аксионное поле или топологический аксион, отличающийся от стандартного аксиона интересными физическими свойствами, связанными с топологией пространства. При приближении к сингулярности аксионное поле и связанное с ними электромагнитное поле начинают «сжиматься» и, в конечном итоге, исчезают в сингулярности, забирая с собой заряд.
В то же время ученые подчеркивают, что хотя они продемонстрировали, что в общем смысле в сингулярности может произойти что угодно, пространство-время, окружающее сингулярность, подчиняется обычным физическим законам, который ограничивает лазейки, в которых они могут нарушаться. Сама конфигурация поля не может возникнуть естественным путем, однако гипотетическая развитая цивилизация все-таки может скорректировать глобальный заряд Вселенной, если предскажет наступление временной сингулярности, такой как испаряющаяся черная дыра.