Физики из Университета Сассекса впервые доказали, что черные дыры способны оказывать давление на окружающую среду. Этом необычное свойство черных дыр предположил известный физик-теоретик Стивен Хокинг в 1974 году, но до сих пор оставалось лишь теорией.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review D, а коротко о нем рассказывает Phys.org. Сообщается, что открытие было сделано профессором Ксавье Кальме и Фолкертом Кейперсом, причем совершили они его отчасти случайно.
Физики проводили исследование, не связанное напрямую с последовавшим открытием. Они занимались расчетами, связанными с природой так называемых черных дыр Шварцшильда. В астрономии принято считать, что это простейшая черная дыра, в которой сердечник не вращается. Этот тип черной дыры имеет только сингулярность и горизонт событий.
Однако новое исследование показало, что на самом деле эти загадочные объекты представляют собой гораздо более сложные термодинамические системы, чем считалось до сих пор, причем они обладают не только температурой, но и давлением.
Присутствие давления Кальме и Кейперс обнаружили, когда использовали в своих расчетах дополнительные величины - они применили квантовые гравитационные поправки к энтропии черной дыры. Сами ученые говорят, что полученные данные настолько озадачили их, что они производили расчеты снова и снова. Но каждый раз полученный результат говорил о том, что квантовая гравитация может приводить к появлению давления в черных дырах.
"Наше открытие заключается в том, что черные дыры Шварцшильда имеют давление, а также температуру, и оно является еще более захватывающим, учитывая то, что это было для нас полной неожиданностью", - говорит Ксавье Кальме.
Эксперт напомнил, что еще в 1974 году Стивен Хокинг предсказал то, что было обнаружено сейчас. Тогда знаменитый физик сформулировал теорию о том, что черные дыры испускают тепловое излучение. До этого считалось, что они инертны, что это последняя стадия жизни умирающей тяжелой звезды.
Новое исследование пока не дало ответа на вопрос, что именно вызывает давление. Согласно расчетам ученых, оно к тому же является не просто маленьким, а обладает отрицательным значением. Это означает, что при подобных условиях черная дыра будет сокращаться, а не расти, что согласуется с предсказанием Хокинга.
Теперь ученые намерены определить, как именно отрицательное давление связано с излучением Хокинга. Открытие может иметь интересные последствия и для попыток увязать общую теорию относительности, работающую на макроуровне, с квантовой механикой, которая работает в чрезвычайно малых масштабах.
Считается, что черные дыры играют ключевую роль в этом понимании. Согласно общей теории относительности, информация, которая исчезает за пределами черной дыры, может исчезнуть навсегда. Но законы квантовой механики говорят, что такого просто не может быть. Этот парадокс назван информационным, и эта одна из главных загадок черных дыр. Возможно, новое открытие поможет его разрешить.
"Наша работа - шаг в этом направлении, - сказал Кальме. - И хотя давление, оказываемое черной дырой, которую мы изучали, крошечное, тот факт, что оно присутствует, открывает множество новых возможностей для исследований… Знаменательная интуиция Хокинга сказала нам о том, что черные дыры не являются черными, но имеют спектр излучения, очень похожий на спектр излучения черного тела. Это делает черные дыры идеальной лабораторией для исследования взаимодействия между квантовой механикой, гравитацией и термодинамикой".