*2572. Черные дыры

[Elementy.ru]

Главная / Библиотека / Публичные лекции версия для печати
http://elementy.ru/lib/25531/25536
Черные дыры и структура пространства-времени

Хуан Малдасена (Juan Maldacena),
Институт высших исследований,
Школа естественных наук,
Принстон, Нью-Джерси, США

Английский оригинал Видеозапись Презентация лекции (pdf, 656 Кб)

1. Черные дыры
2. Черные дыры и квантовая механика
3. Разрешение загадок
4. Структура пространства-времени
Библиография

1. Черные дыры

Черные дыры — один из самых необыкновенных объектов, предсказываемых общей теорией относительности Эйнштейна. У черных дыр интересная история, поскольку они преподнесли теоретикам немало сюрпризов, приведших к лучшему пониманию природы пространства-времени.

Давайте начнем с теории всемирного тяготения Ньютона. Силу гравитационного притяжения мы испытываем прямо здесь, на поверхности земли. Если подбросить камень, он упадет под действием земного притяжения. А можно ли подбросить камень с такой скоростью, чтобы он на Землю не вернулся? Можно. Если запустить камень со скоростью выше второй космической скорости (около 11 км/с), он покинет гравитационное поле Земли. Эта «скорость выхода» зависит от массы и радиуса земного шара. Если бы Земля при ее нынешнем радиусе была массивнее или имела бы меньший радиус при ее нынешней массе, скорость выхода была бы выше. Возникает вопрос: что будет, если плотность и масса космического тела настолько велики, что скорость выхода из его гравитационного поля выше скорости света? Ответ: такое тело будет представляться внешнему наблюдателю абсолютно черным, поскольку свет его покинуть не может. Например, звезда с радиусом меньше, чем

где GN — постоянная Ньютона, а с — скорость света в вакууме, будет выглядеть абсолютно черной.

Для тех, кто не разбирается в формулах, приведу несколько примеров. Чтобы тело, масса которого равна массе Земли, превратилось в черную дыру, оно должно иметь радиус меньше сантиметра. Тело с массой Солнца должно сжаться до диаметра меньше километра. На это еще в конце XVIII века указал Пьер-Симон Лаплас, но тогда никто не придал этому особого значения.

С появлением в 1905 году специальной теории относительности у нас появилось понимание того факта, что скорость света в вакууме — не рядовая скорость. Это космический предел: ничто не может двигаться быстрее света. Теория относительности Эйнштейна также учит нас, что пространство и время тесно взаимосвязаны. Для наблюдателей, движущихся друг относительно друга, время течет с разной скоростью. Предположим, вы стоите на улице и смотрите на проезжающие машины. Для водителей машин время течет чуть медленнее, чем для вас, и несколько иначе. Предположим, вы видите, как два светофора в разных концах улицы одновременно переключаются на красный. Для водителей же они переключатся не одновременно. Это получается после того, как мы учтем время, которое требуется свету, чтобы пройти расстояние от светофора до наблюдателей. И для вас, и для водителей свет движется с одинаковой скоростью, но время для них течет медленнее. То есть, время относительно, а скорость света абсолютна. Это противоречит нашим интуитивным представлениям о мире, так как эффект этот на нас практически не сказывается, поскольку мы обычно путешествуем на скоростях, которые очень далеки от скорости света, а время измеряем не с абсолютной точностью. Однако в ускорителях элементарных частиц этот эффект наблюдается постоянно. При скоростях, близких к скорости света, частицы живут значительно дольше.

Пространство и время объединяются в единую концепцию пространства-времени. Время воспринимается по-разному двумя наблюдателями, движущимися друг относительно друга. Однако оба наблюдателя воспринимают одно и то же пространство-время. Имеются точные формулы, позволяющие нам связать наблюдения этих двух наблюдателей.

Теперь вернемся к гравитации. Она обладает очень важным свойством, которое открыл еще Галилей: все тела падают одинаково, если не учитывать сопротивление воздуха. В безвоздушном пространстве пушинка и камень упадут на землю одновременно. В случае действия других сил это не так. В электрическом поле заряженная частица будет двигаться иначе в случае изменения ее массы или заряда. В теории всемирного тяготения Ньютона причина, по которой все тела движутся под воздействием гравитационных сил одинаково, сводится к тому, что сила гравитационного притяжения пропорциональна массе тела. Иногда это называют «принципом эквивалентности».

Эйнштейн осознал, что теория Ньютона противоречит теории относительности, поскольку согласно ньютоновской теории гравитационное взаимодействие между телами передается мгновенно. В 1915 году Эйнштейн решил эту проблему таким образом, что из этого решения естественным путем вытекает и принцип эквивалентности. Свою новую концепцию Эйнштейн назвал общей теорией относительности. Он предположил, что гравитация возникает вследствие искривления пространства-времени. В искривленном пространстве-времени частицы движутся по кратчайшим траекториям. Изначально параллельные линии таких траекторий в искривленном пространстве-времени могут сближаться. Например, два земных меридиана на пересечении с экватором параллельны, однако по мере удаления от него они сближаются и, в конечном итоге, пересекаются в точке Северного полюса. Конфигурация пространства-времени зависит от материи, перемещающейся в нем. Общая теория относительности подразумевает, что темп времени зависит от гравитационного поля. Следовательно, два жильца одного дома, обитающие на первом и последнем этажах, воспринимают ход времени по-разному. Для обитателя первого этажа время течет чуть медленнее, чем для обитателя верхнего этажа. Для земных зданий этот эффект пренебрежимо мал и составляет порядка 10–15 секунды за секунду. Главное, что нам нужно усвоить, это то, что массивные тела стягивают пространство-время на себя. В частности, вблизи массивных объектов время течет медленнее, чем на удалении от них.

Физики всегда стремятся сначала разобрать простейшие ситуации. Поэтому в 1916 году, вскоре после открытия общей теории относительности, молодой немецкий физик Карл Шварцшильд (Karl Schwarzschield) нашел простейшее сферически симметричное решение уравнений Эйнштейна. Это решения описывает частный случай искривления геометрии пространства-времени под воздействием точечной массы. Однако, вместо геометрии, давайте обратим внимание на другой их аспект: темп хода стационарных часов. Часы на поверхности Солнца идут на одну миллионную медленнее, чем удаленные от Солнца часы. Часы на поверхности нейтронной звезды идут со скоростью 70% от скорости часов вдали от нее. Здесь налицо уже весьма значительный эффект расхождения во времени. Так вот, решение Шварцшильда подразумевает, что часы в «центре» точечной массы вообще остановились бы. Поначалу физики сочли это «нефизическим» парадоксом, следствием слишком упрощенного анализа.

Дальнейшие расчеты показали, однако, что речь в решении Шварцшильда идет даже не о некоем условном «центре», а о целой идеальной сфере. Путешественник, пересекающий границы этой сферы и попадающий внутрь нее, не испытывает ничего странного или необычного — для него время течет по-прежнему. А вот для сторонних наблюдателей за пределами этой сферы, принимающих сигналы от падающего внутрь сферы путешественника, любые сигналы от него будут неуклонно замедляться, пока не исчезнут, как таковые, при пересечении им поверхности сферы. Поверхность, на которой стационарные часы замедляются до нуля, принято называть сферой Шварцшильда или «горизонтом». Возврата из-за горизонта нет. Наблюдатель, пересекший его и попавший внутрь сферы, обратно не выберется и будет неизбежно поглощен сингулярностью в ее центре. «Сингулярность» — это область сверхвысокого искривления пространства-времени, и путешественник в ней попросту исчезнет и будет раздавлен огромной гравитационной силой. Выясняется, что размер черной дыры согласно теории Эйнштейна описывается все той же формулой, предложенной еще Лапласом в рамках механики Ньютона, однако ее физическая интерпретация в корне меняется.

Черные дыры могут образовываться в результате астрофизических процессов, когда у звезд с массой, на порядок превышающей массу Солнца, кончается термоядерное топливо, и они обрушиваются внутрь себя под действием гравитационных сил. Имеется достаточно данных наблюдений, свидетельствующих о реальности существования таких черных дыр во Вселенной. С астрофизической точки зрения обнаруженные черные дыры подразделяются на две категории. Первый тип — это черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса массивных звезд и обладающие соответствующей массой. Поскольку черные дыры кажутся нам реально черными, наблюдать их крайне сложно. Если посчастливится, мы можем увидеть лишь шлейф газа, затягиваемого в черную дыру. Разгоняясь при падении, газ разогревается и испускает характерное излучение, которое мы только и можем обнаружить. Источником газа при этом является другая звезда, образующая парную систему с черной дырой и обращающаяся вместе с ней вокруг центра масс двойной звездной системы. Иными словами, сначала мы имели обычную двойную звезду, затем одна из звезд в результате гравитационного коллапса превратилась в черную дыру. После этого черная дыра начинает засасывать газ с поверхности горячей звезды. Второй тип — это гораздо более массивные черные дыры в центрах галактик. Их масса превышает массу Солнца в миллиарды раз. Опять же, падая на такие черные дыры, вещество разогревается и испускает характерное излучение, которое со временем доходит до Земли, его-то мы и можем обнаружить. Предполагается, что все крупные галактики, включая нашу, имеют в центре свою черную дыру.

Однако основным предметом нашего разговора является не астрофизика черных дыр, а исследование их влияния на структуру пространства-времени.

Согласно теории Эйнштейна черная дыра представляет собой бездонный провал в пространстве-времени, падение в который необратимо. Что упало, то пропало в черной дыре навеки.

У черных дыр очень интересные свойства. После коллапса звезды в черную дыру ее свойства будут зависеть только от двух параметров: массы и углового момента вращения. То есть, черные дыры представляют собой универсальные объекты, то есть, их свойства не зависят от свойств вещества, из которого они образованы. При любом химическом составе вещества исходной звезды свойства черной дыры будут одними и теми же. То есть, черные дыры подчиняются только законам теории гравитации — и никаким иным.

Другое любопытное свойство черных дыр заключается в следующем: предположим, вы наблюдаете процесс, в котором участвует черная дыра. Например, можно рассмотреть процесс столкновения двух черных дыр. В результате из двух черных дыр образуется одна более массивная. Этот процесс может сопровождаться излучением гравитационных волн, и уже построены детекторы с целью их обнаружения и измерения. Процесс этот теоретически просчитать весьма непросто, для этого нужно решить сложную систему дифференциальных уравнений. Однако имеются и простые теоретические результаты. Площадь сферы Шварцшильда получившейся черной дыры всегда больше суммы площадей поверхностей двух исходных черных дыр. То есть, при слиянии черных дыр площадь их поверхности растет быстрее массы. Это так называемая «теорема площадей», она была доказана Стивеном Хокингом (Steven Hawking) в 1970 году.


Содержание темы :
01 страница
#01. Elementy.ru.Черные дыры и структура пространства-времени
#02. Elementy.ru. 2. Черные дыры и квантовая механика
#03. Elementy.ru. 3. Разрешение загадок
#04. Elementy.ru. 4. Структура пространства-времени
#05. Газета.Ru. Черных дыр на свете больше
#06. Newsland. NASA показало, как черная дыра "ест" звезду
#07. Павел Котляр. Черные дыры, каких раньше не видели
#08. Ольга Сильченко. Черные дыры в центрах галактик
#09. Иван Крылов. Дыра в 17 миллиардов Солнц
#10. Серге́й Бори́сович Попо́в. «Действительно что-то узнать о черной дыре можно, только прыгнув в нее»
02 страница
#11. Эмиль Ахмедов. FAQ: Черные дыры
#12. Эмиль Ахмедов. Черные дыры
#13. Андрей Борисов. Вот запара
#14. Андрей Борисов. Горячая дыра
#15. Андрей Борисов. Вселенский компьютер
#16. Серге́й Бори́сович Попо́в. Гравитационные волны
#17. Андрей Борисов. Спорная дыра
#18. Дмитрий Гусев. Ученые нашли черную дыру, создающую звезды
#19. Лентa.Ru. Надуло
#20. Лентa.Ru. Тяжелый случай
03 страница
#21. Самир Д. Матур. Новый взгляд на информационный парадокс черных дыр
#22. Серге́й Бори́сович Попо́в. Гравитационные волны и черные дыры
#23. Максим Руссо. Впервые увидеть давнего знакомца
#24.
#25.
#26.
#27.
#28.
#29.
#30.

[Elementy.ru]

http://elementy.ru/lib/25531/25537
Следующий сюрприз ждал ученых, когда они занялись изучением квантовых эффектов. В квантовой механике вакуум — это не просто полное отсутствие элементарных частиц. Вакуум — это весьма интересное состояние пространства, в котором постоянно возникают и тут же аннигилируют пары «частица-античастица». В спрямленном пространстве чистого выхода в виде возникших из вакуума частиц мы не имеем в силу закона сохранения энергии. То есть, фактически, частицы взаимно аннигилируются, даже не успев родиться. В 1974 году всё тот же Стивен Хокинг доказал, что вблизи горизонта это не так. Имеется ненулевая вероятность рождения пары частиц, сразу же оказывающихся по разные стороны бесконечно тонкого горизонта, причем закон сохранения энергии не нарушается, поскольку частица снаружи горизонта обладает, с точки зрения стороннего наблюдателя, положительной энергией, а частица внутри горизонта — отрицательной (при этом с точки зрения наблюдателя внутри сферы Шварцшильда всё выглядит с точностью до наоборот). Тепловое распределение испускаемых частиц соответствует температуре, которая обратно пропорциональна массе черной дыры. Даже для черных дыр звездной массы эта температура настолько близка к абсолютному нулю, что этот эффект зарегистрировать фактически невозможно. Однако, если черная дыра достаточно долго пробыла бы в полном вакууме, то за счёт эффекта Хокинга она постепенно бы теряла массу через излучение рождающихся на поверхности частиц. Теряя массу, черная дыра разогревается. Черная дыра с массой порядка 1019 кг (масса большого горного хребта) разогреется до температуры в несколько тысяч градусов и будет вылядеть белой. Однако мощность такого излучения будет составлять не больше милливатта, и зарегистрировать его по-прежнему практически невозможно. Но, чем меньше становится масса изолированной черной дыры, тем выше становится её температура, и тем быстрее она «испаряется», пока, вероятно, не испарится полностью. Фактически, если бы нам удалось сжать до плотности черной дыры всего несколько килограммов вещества (на практике нам этого, конечно, не дано!), такая черная дыра испарилась бы меньше, чем за одну миллисекунду, а энергии при этом выделилось бы больше, чем при взрыве водородной бомбы.

Наличие такого теплового излучения у черных дыр сразу создает две головоломки: 1) причины повышения энтропии черной дыры и 2) информационный парадокс. Попробую объяснить их смысл подробнее.
2.1. Энтропия черных дыр

В классической физике тепловые свойства вещества обусловлены движением составляющих его материальных частиц. Например, температура воздуха связана со среднеквадратичной скоростью теплового движения его молекул. Родственное температуре понятие называется энтропия. Энтропия дает количественное выражение степени хаотичности движения составляющих системы. Законы термодинамики позволяют связать энтропию с температурой, массой и объемом, благодаря чему её можно рассчитать, не зная микроскопических деталей строения системы. Хокинг и Бекенштейн (Bekenstein) показали, что энтропия черной дыры пропорциональна площади её горизонта, деленной на квадрат т. н. гравитационной длины Планка lPlanck = 10–33 см. Для черной дыры макроскопических размеров значение энтропии получается просто чудовищным. Однако законов термодинамики в данном случае, похоже, ничто не отменяет, и они продолжают действовать даже с учетом, по сути, бесконечного «вклада» невидимых недр черной дыры в её энтропию. Результаты эти крайне озадачивают, прежде всего, потому, что совершенно не ясно, из чего «складывается» энтропия черной дыры, поскольку никаких явных компонентов, которые своим хаотичным движением могли бы способствовать беспредельному увеличению энтропии, внутри черной дыры нет. По крайней мере, мы не можем усмотреть их «снаружи», поскольку нам видится только по-настоящему «черная» дыра — бездонный провал в ткани пространства-времени, и чтобы понять, из каких «компонентов» она реально состоит, необходимо найти какие-то самые фундаментальные составные элементы, на которые можно разложить саму геометрию пространства-времени.

Крайне интересно еще и то, что энтропия черной дыры пропорциональна её площади (квадрату радиуса), а не объему (кубу радиуса). В начале 1990-х годов Хофт ('t Hooft) и Зюскинд (Susskind) предположили, что в теории, объединяющей квантовую механику и гравитацию, число элементарных компонентов, необходимых для исчерпывающего описания системы, пропорционально площади окружающей поверхности, в которую она заключена. А это означает, что структура пространства-времени в корне отличается от структуры твёрдого тела, в котором число таких элементарных компонентов (материальных точек или атомов) возрастает пропорционально её объему, а отнюдь не площади. С практической точки зрения такое ограничение энтропии поверхностью сферы не кажется чересчур принципиальным, однако, с теоретической точки зрения, оно приводит к коренному изменению представлений о мире, поскольку оказывается возможным описать замкнутую пространственно-временную область исключительно по поведению компонентов, расположенных на её внешней границе.
2.2. Информационный парадокс

Мы уже отмечали, что происхождение чёрной дыры может быть различным, однако свойства самой дыры от этого не меняются. Обычно в физике при фазовом переходе или ином преобразовании от исходного состояния вещества зависит и конечное состояние вещества. Иногда различия едва заметны, но они присутствуют. Позвольте привести пример. Возьмём две абсолютно одинаковые тарелки, напишем на одной из них букву А, а на другой — букву Б, после чего разобьём ту и другую на мелкие кусочки. На первый взгляд результат идентичен — две груды мелких осколков на полу. Однако, тщательно изучив обе кучи битого фарфора, мы рано или поздно сумеем разобраться, на какой из исходных тарелок какая буква значилась.

А теперь предположим, что одну из этих тарелок мы бросили в чёрную дыру. Судя по всему, что мы знаем на сегодняшний день, рано или поздно всё вещество этой черной дыры вместе с остатками тарелки испарится в виде излучения Хокинга. Согласно теории Хокинга это будет чисто тепловое излучение, не зависящее от исходного состояния ни самой черной дыры, ни, тем более, попавшей в неё тарелки. То есть, мы, судя по всему, никогда не восстановим информацию о том, какая буква была изначально написана на тарелке.

На первый взгляд это кажется чистой воды академической казуистикой. Мы же постоянно что-то забываем в обычной жизни, и нам это не кажется противоестественным! Однако проблема-то на самом деле крайне серьезна, поскольку квантовая механика утверждает, что законы, управляющие этим процессом, таковы, что подобная информация должна быть в принципе восстановима. Поэтому решение проблемы сохранения информации является необходимостью с точки зрения построения последовательной и внутренне непротиворечивой квантовой теории гравитации. Информационный парадокс обязан быть разрешен в рамках такой теории.

Многие видные физики, включая С. Хокинга, полагали, что это невозможно. Они считали, что всякая информация внутри черной дыры уничтожается бесследно, и, как следствие, предлагали отказаться и от идеи Великого объединения теории взаимодействий в рамках квантово-механических представлений, и от квантовой механики, как таковой, поскольку она постулирует невыполнимый принцип сохранения информации.

Однако дальнейшее осмысление этого вопроса привело к интересным последствиям, а именно, к развитию теории струн в физике элементарных частиц.

[Elementy.ru]

http://elementy.ru/lib/25531/25538
3.1. Теория струн

Квантовая механика и гравитационная теория в рамках общей теории относительности вообще уживаются между собой крайне плохо. С практической точки зрения нам в повседневной жизни квантовая теория гравитационного взаимодействия, по большому счёту, не нужна, поскольку все явления, с которыми мы прямо или косвенно сталкиваемся, описываются либо гравитационными эффектами, на фоне которых квантово-механические эффекты никак не проявляются, либо наоборот. С другой стороны, если нас интересует происхождение Вселенной и процессы, происходившие в первые мгновения после Большого Взрыва, универсальная и непротиворечивая теория нам всё-таки нужна. В самом начале квантово-механические и гравитационные взаимодействия были в равной мере значимы. Именно это и послужило одной из главных мотивировок к разработке квантовой теории гравитации.

Такой теорией стала теория струн. В её рамках удалось, наконец, объединить квантово-механические и гравитационные взаимодействия. Мы не знаем, верна ли эта теория, но лучшей кандидатуры на роль универсальной теории на сегодня не существует. Происхождение названия «теория струн» в рамках нашего обсуждения не столь уж и важно. Главное для нас — уяснить, что это квантовая теория гравитации.
3.2. Чёрные дыры в рамках теории струн

В рамках теории струн можно исследовать внутреннее строение черных дыр. В особых случаях можно даже составить описание микроструктуры черной дыры. По техническим причинам проще всего понять устройство черных дыр, живущих в пространственно-временном континууме постоянной отрицательной кривизны. Такие пространственно-временные континуумы представляют собой простейшее обобщение обычного спрямленного пространства. Кривизна спрямленного пространства равна нулю, и его двумерным аналогом является плоскость. Двумерным аналогом пространства с положительной кривизной является поверхность сферы. Двумерная модель («карта») гиперболического пространства с отрицательной кривизной представлена на рисунке 1. Аналогичным образом можно представить себе и пространственно-временные континуумы, обладающие нулевой, положительной или отрицательной кривизной. Пространственно-временные континуумы с отрицательной кривизной, по сути, имеют замкнутую границу в бесконечности. Частица может достигнуть бесконечно удаленной границы и вернуться обратно за конечное время, и это действительно возможно, но лишь по причине неоднородности течения времени — его ход убыстряется по мере удаления от исходной точки.

В 1997 году я рискнул предположить, что все гравитационные физические взаимодействия в таком пространстве можно описать через теорию взаимодействия обычных частиц, расположенных на его границе. В дальнейшем эта гипотеза была детально разработана С. Габсером (S. Gubser), И. Клебановым, А. Поляковым, Э. Виттеном (E. Witten) и многими другими учеными. Детали этой теории довольно сложны, однако её ключевой момент состоит в следующем: теория гравитации, глубинной динамики которой мы до конца не понимаем, сводится к теории взаимодействия обычных частиц на поверхности сферы, которую мы, как раз, понимаем. Еще важнее то, что такая пограничная теория гравитации подчиняется принципам квантовой механики.

Термодинамическое состояние черной дыры в рамках этой модели описывается исключительно температурой частиц в её граничном слое. Соответственно, и энтропия чёрной дыры равняется лишь суммарной энтропии этих частиц. Сами же пограничные частицы как раз и являются «элементарными квантами» пространственно-временной геометрии.

Рисунок Морица Эшера

Рисунок 1. На рисунке Эшера представлена попытка воспроизвести геометрию гиперболического пространства. Показана его проекция на диск. Все изображенные фигуры геометрически конгруэнтны между собой, то есть, в исходном гиперболическом пространстве их геометрические размеры равны, однако из-за искажающего эффекта его проекции на диск, они кажутся уменьшающимися по мере приближения к краю диска. На самом же деле граница диска равноудалена на бесконечное расстояние от любой точки внутри диска. Аналогичное искажение мы наблюдаем на географических картах в стандартной планиметрической проекции. Приполярные области кажутся непропорционально увеличенными. В этой проекции гиперболического пространства мы наблюдаем противоположный эффект. Размеры гиперболического пространства бесконечны, однако на рисунке оно выглядит конечным, поскольку область около обода показана в многократно уменьшенном масштабе.

Рисунок 1. На рисунке Эшера представлена попытка воспроизвести геометрию гиперболического пространства. Показана его проекция на диск. Все изображенные фигуры геометрически конгруэнтны между собой, то есть, в исходном гиперболическом пространстве их геометрические размеры равны, однако из-за искажающего эффекта его проекции на диск, они кажутся уменьшающимися по мере приближения к краю диска. На самом же деле граница диска равноудалена на бесконечное расстояние от любой точки внутри диска. Аналогичное искажение мы наблюдаем на географических картах в стандартной планиметрической проекции. Приполярные области кажутся непропорционально увеличенными. В этой проекции гиперболического пространства мы наблюдаем противоположный эффект. Размеры гиперболического пространства бесконечны, однако на рисунке оно выглядит конечным, поскольку область около обода показана в многократно уменьшенном масштабе.

[Elementy.ru]

http://elementy.ru/lib/25531/25539

Все эти идеи глубоко затрагивают наши представления о структуре пространства-времени. Обратите внимание, что начали мы с теории поведения частиц на сферической плоскости, ограничивающей черную дыру, то есть имели дело с 2+1 пространственно-временными измерениями, а закончили теорией гравитации для 3+1 измерений. Получается, что одно пространственное измерение взялось буквально ниоткуда! Однако оно взялось не из неоткуда, а из взаимодействий между частицами в 2+1 измерениях.

А это значит, что пространство-время — не самое фундаментальное понятие. Оно порождается более фундаментальными понятиями, и его законы вступают в силу лишь после некоторого удаления наблюдателя от объекта изучения. Позвольте привести аналогию. Предположим, мы наблюдаем поверхность озера. Мы видим волны, мы видим жуков-плавунцов, бегающих по поверхности воды и т. п. Поверхность озера представляется нам ясной и вполне описываемой. Действительно, мы даже можем написать уравнения, описывающие распространение волн, силы поверхностного натяжения и т. д. Теперь, предположим, нам захотелось изучить структуру поверхности воды более пристально. Под микроскопом мы увидим, что поверхность воды наблюдается не столь отчетливо, как раньше. А уж если мы посмотрим на неё в электронный микроскоп, то мы и вовсе увидим, как с поверхности воды беспрестанно срываются испаряющиеся молекулы, а их место занимают конденсирующиеся молекулы воды из воздуха, и поймём, что граница между водой и воздухом носит чисто условный характер, поскольку точно определить её местоположение невозможно. При ближайшем рассмотрении оказывается, что мы недостаточно чётко дали определение поверхности воды, что нужно, оказывается, каким-то образом включить в него явления, происходящие на уровне отдельных молекул. В точности так же и определение пространства-времени при рассмотрении последнего в самых микроскопических масштабах утрачивает былую определенность. И выясняется, что на этом уровне главной является концепция слоя пограничных частиц, а само пространство-время — суть проявление их совокупных свойств.

Если бы мы только жили в пространстве-времени с отрицательной кривизной, то для понимания всего происходящего в нашей Вселенной достаточно было бы создать адекватную теорию пограничного слоя, описывающую поведение частиц в нём...

Интересно, однако, что, судя по всем имеющимся данным, в макроскопических масштабах пространство-время нашей Вселенной имеет, увы, положительную кривизну. На текущий момент нам неизвестно, существует ли возможность для подобного описания гравитационных полей в пространстве-времени с положительной кривизной. Такое описание, если бы оно существовало и если бы нам удалось его найти, решило бы проблему сингулярности Большого взрыва.

[Газета.Ru]

http://www.gazeta.ru/science/2014/09/18_a_6220197.shtml
Российский ученый и его зарубежные коллеги выяснили, что сверхмассивные черные дыры живут не только в больших галактиках

Галактика M60-UCD1, изображение в рентгене (Chandra) и оптике (Hubble) Галактика M60-UCD1, изображение в рентгене (Chandra) и оптике (Hubble)
Фотография: NASA
18.09.2014, 11:52 | Григорий Колпаков, Николай Подорванюк

Сверхмассивных черных дыр во Вселенной может быть больше, чем считается: выяснилось, что они живут не только в больших галактиках, как наш Млечный Путь, но и в маленьких. Одну такую «квартирку» для черной дыры — галактику M60-UCD1 — нашла международная группа астрономов, в которую вошел ученый из России.

О своем открытии астрономы рассказали в журнале Nature.

Сверхкомпактные карликовые галактики относятся к самым плотным звездным системам во Вселенной. Сейчас их известно около сотни. К ним принадлежит галактика M60-UCD1, одна из самых крупных галактик такого типа, которая находится от Земли на расстоянии 54 млн световых лет и представляет собой спутник галактики — М60.

Группа астрономов заинтересовалась этой мини-галактикой еще в прошлом году, выяснив, что она обладает аномально высокой плотностью и вдобавок имеет внутри источник гамма-излучения. В этом году они проанализировали свои наблюдения на телескопе Geminy North, расположенном на Гавайских островах, и снимки космического телескопа «Хаббл».

В работе принимал участие российский исследователь — ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга Московского государственного университета Игорь Чилингарян, который также работает в Гарвард-Смитсоновском астрофизическом центре.

Как сообщил Чилингарян «Газете.Ru», в данной работе он проводил независимый анализ данных. «Поскольку журнал Nature имеет неоднозначную репутацию в астрономическом сообществе, я хотел перепроверить результат, который публикуется нашей группой, и провел анализ тех же самых данных с помощью других моделей, а именно теоретических спектров звездных атмосфер. Этот анализ полностью подтвердил то, что было проведено с помощью спектров реальных звезд, полученных 18 лет назад».

По словам российского ученого, статья была написана «невероятно быстро»: работа была направлена в редакцию журнала Nature, притом что она основана на наблюдениях, полученных в конце мая.

Авторы статьи выяснили, что звезды в этой галактике-карлике движутся со скоростями порядка 100 км/сек, а это для простых звездных скоплений слишком быстро и может быть объяснено только наличием крупной черной дыры.

Ученые также рассчитали ее массу: 21 млн Солнц, в пять раз больше, чем масса центральной черной дыры в нашей галактике. Причем если последняя составляет лишь сотую долю процента от массы всей галактики, то в M60-UCD1, с ее общей массой в 140 млн солнечных масс, масса черной дыры занимает уже 15%.

В столь малых галактиках черные дыры такого масштаба родиться не могут теоретически.

Ученые считают, что M60-UCD1 представляет собой остатки некогда очень крупной эллиптической галактики, насчитывавшей, возможно, около 10 млрд звезд, эта галактика примерно 10 млрд лет назад встретилась с еще более крупной М60, которая обобрала ее, сорвав с нее своей гравитацией большую часть звездного материала.

И скорее всего, даже те остатки былого величия, которые окружают осиротевшую сверхмассивную черную дыру, тоже обречены. Пройдет время, и M60-UCD1 полностью будет поглощена могущественным соседом, а черная дыра сольется с его черной дырой, которая более чем в тысячу раз массивнее нашей. Когда это произойдет — неизвестно, поскольку неизвестна траектория карликовой галактики вокруг М60.

Но, похоже, что по астрономическим меркам ждать осталось недолго:

M60-UCD1 вращается по орбите, которая отстоит от центра М60 всего на 22 тыс. световых лет, а это даже ближе, чем расстояние, отделяющее Солнце от центра Млечного Пути.

По словам ведущего автора статьи Энила Сэта из Университета Юты, подобные сверхмассивные черные дыры могут находиться и внутри других сверхкомпактных карликовых галактик, а это значит, что их намного больше, чем считалось до сих пор.

Просто «жилищные условия» у них намного хуже.

«Полученный результат является ярким и интересным, а главная спекуляция заключается в том, что если все яркие ультракомпактные карликовые галактики содержат подобные черные дыры, то общее количество сверхмассивных черных дыр может быть недооценено чуть ли не в два раза», — сообщил Игорь Чилингарян.

[Newsland]

http://newsland.com/news/detail/id/1628837/
Сегодня в 18:25ПOЛлукс981401

Американское космическое агентство NASA опубликовало поучительное видео: ни в коем случае не стоит приближаться к черной дыре. Ее гравитационная сила способна разорвать любую, даже самую большую звезду. А тело астронавта и вовсе вытянет в длинное «спагетти», перед тем как расщепит на субатомные частицы, вспоминает теории экспертов The Verge.

На видео специалисты постарались воссоздать реальный процесс, который наблюдали с трех разных рентгеновских телескопов. Черная дыра, которая находится в центре галактики на расстоянии в 290 млн световых лет от Земли, пожирала гигантскую звезду. Это событие в астрономической среде получило собственное кодовое название ASASSN-14li.


Увидеть его ученым удалось в тот момент, когда ошметки звезды, притянутые черной дырой, нагрелись до нескольких миллионов градусов и их можно было рассмотреть на снимках рентгеновских телескопов.
Виталий Олехнович
Источник: tech.onliner.by

[Андрей Борисов]

https://lenta.ru/articles/2016/08/15/unruh/
00:07, 15 августа 2016

Как ускориться и увидеть вакуум

Изображение: A.Hobart / Chandra X-Ray Observatory / Handout / NASA / Reutets

Ровно сорок лет назад канадский физик-теоретик Билл Унру опубликовал в журнале Physical Review D статью, в которой описал названный впоследствии его именем квантовый эффект. Работа ученого позволила пересмотреть понятие физического вакуума и представляет собой единственное разумное объяснение излучения Хокинга. «Лента.ру» рассказывает об эффекте Унру.

Явление, открытое канадским физиком-теоретиком, заключается в следующем. Равноускоренно движущийся наблюдатель видит вокруг себя равновесное тепловое излучение, тогда как покоящийся или равномерно перемещающийся его не замечает. Эффект носит существенно квантовый характер, а его экспериментальное обнаружение чрезвычайно затруднительно.

Температура излучения Унру с точностью до комбинации физических постоянных прямо пропорциональна ускорению наблюдателя. В частности, если эта величина равняется ускорению свободного падения на поверхности Земли, достигающему 9,81 метра за секунду в квадрате, то температура Унру равняется четырем на десять в минус двадцатой степени кельвинов. Это означает, что для экспериментального обнаружения излучения Унру как минимум необходимы частицы с огромными ускорениями. Альтернативной проверкой выводов канадского физика может служить прямое наблюдение испарения черных дыр (излучения Хокинга), с которым тесно связан эффект Унру.

Явление позволило по-новому взглянуть на фундаментальные для физики понятия неинерциальной системы отсчета и вакуума. Фактически эффект Унру позволяет определить понятие абсолютной неинерциальной системы отсчета — такой системы, которая движется относительно покоящегося или равномерно движущегося наблюдателя с ускорением. Вакуум в эффекте Унру (как и в квантовой теории поля) представляет собой совокупность нулевых мод (колебаний) квантовых полей, с перестройкой которых и связано появление теплового излучения.

Билл Унру впервые определил температуру теплового излучения вокруг ускоренного движущегося наблюдателя. Его работе предшествовали исследования многих физиков. Особое внимание автор уделил статьям Стивена Хокинга, Стивена Фуллинга и Пауля Дэвиса. Часто фамилии этих ученых используются в названии эффекта Унру.

Математически это проявляется в неинвариантности преобразований гамильтониана, описывающего квантовую систему, при переходе от одной неинерциальной системы к другой, так что равномерно двигающийся наблюдатель и равноускоренно перемещающийся наблюдатель будут видеть разные вакуумные состояния.

В настоящее время эффект Унру экспериментально не обнаружен, опубликованные экспериментальные работы, посвященные излучению, не получили всеобщего признания. Главная трудность связана с детектированием чрезвычайно слабого теплового излучения, которое на практике трудно отличить от теплового шума. С другой стороны, эффект Унру можно проверить, наблюдая за черными дырами.

Билл Унру
Фото: The University of Pittsburgh

Выражение для температуры Унру совпадает с формулой для температуры излучения Хокинга. Эффект, открытый британским физиком-теоретиком, заключается в следующем. С течением времени черная дыра — массивный объект, ограниченный в пространстве-времени горизонтом событий, который не может пересечь попавшее за него тело, может испариться вследствие излучения, происходящего из-за квантовых флуктуаций, связанных с образованием пар частиц. Одна частица из такой пары улетает от черной дыры, а другая — падает в нее.

Эффект Унру приводит к далеко идущим последствиям. Например, его справедливость приводит к сокращению времени жизни элементарных частиц — например, протона и электрона, считающихся стабильными в инерциальной системе отсчета. Кроме того, явление позволяет закрыть несколько физических теорий, претендующих на роль фундаментальных. В частности, в рамках теории струн (сторонником которой Унру не является) удается вывести формулу для температуры Унру, но это невозможно в петлевой квантовой гравитации. Это связано с тем, что в последней не определено плоское пространство-время, которое существует во всех описаниях эффекта Унру.

Явление используется в нескольких экзотических теориях. Несколько раз с его помощью пытались объяснить пролетные аномалии (неожиданное увеличение скорости) в движении космических аппаратов. В последний раз это сделал Майкл Маккалош из Плимутского университета (Великобритания), который также предложил новое объяснение работы двигателя EmDrive. Его примеру через два месяца последовали финские физики. Однако значение эффекта Унру для науки заключается в другом.

Эффекты Хокинга и Унру тесно связывают между собой общую теорию относительности и квантовую теорию поля. В основе первой лежит, в частности, принцип эквивалентности. В своей слабой форме он означает пропорциональность инертной (связанной с движением) и гравитационной (связанной с тяготением) масс и позволяет (в сильной форме) в ограниченной области пространства не различать гравитационное поле и движение с ускорением. Классический пример — лифт. При его равноускоренном движении вверх относительно Земли находящийся в нем наблюдатель не в состоянии определить, находится он в более сильном гравитационном поле или перемещается в рукотворном объекте.

Аналогично горизонту черной дыры, вблизи которого можно наблюдать излучение Хокинга, для эффекта Унру определено понятие риндлерова горизонта, вблизи которого ускоренно движущийся наблюдатель должен заметить тепловое излучение. В этом смысле испарение Хокинга и излучение Унру можно считать одним из проявлений принципа эквивалентности Эйнштейна. Прямое обнаружение этих эффектов стало бы триумфом теоретической физики.

[Андрей Борисов]

https://lenta.ru/articles/2016/01/12/blackhole/
00:08, 12 января 2016

Стивен Хокинг раскрыл тайну черных дыр

Падение тел в черную дыру (в представлении художника)
Изображение: arvinblaine

Физики-теоретики Стивен Хокинг, Малкольм Перри и Эндрю Строминжер предложили решение парадокса потери информации в черных дырах. Эта проблема многими учеными считается одной из самых важных в физике, поскольку связана с детерминированностью мира — тем, как прошлое, настоящее и будущее влияют друг на друга. «Лента.ру» рассказывает подробности исследования.

Сущность проблемы информационного парадокса черных дыр сводится к следующему. Согласно простейшей версии теоремы «об отсутствии волос», незаряженные и невращающиеся черные дыры, описанные в пространстве-времени Шварцшильда, характеризуются только одним параметром — массой. Слово «волосы» в этом случае используется в качестве метафоры для обозначения других параметров и предложено физиком Джоном Уилером.

Парадокс означает, что нет никакого способа отличить друг от друга черные дыры, имеющие равные массы. Материя, попадающая в черную дыру, впоследствии испаряется благодаря излучению Хокинга, и неясно, что происходит с переносимой ею ранее информацией. В широком смысле это может означать, как отметил Строминжер в интервью редактору Сету Флетчеру для Scientific American, недетерминированность мира: настоящее не определяет будущее и не может быть использовано для полной реконструкции прошлого.

О новом открытии Хокинг впервые заявил 25 августа 2015 года, выступая на конференции в Королевском технологическом институте в Стокгольме. Тогда он заинтриговал научную общественность готовящейся статьей, посвященной решению парадокса черных дыр. «Информация сохраняется не внутри, как можно было бы ожидать, а на горизонте событий черной дыры», — заявил тогда ученый. Он также упомянул супертрансляции, используемые авторами в работе (о них — ниже), исследование которых Строминжером вдохновило Хокинга на написание статьи. «Идея в том, что супертрансляции есть голограмма падающих частиц, — сказал Хокинг. — Они содержат всю информацию, которая иначе могла бы быть утеряна». Рассказал ученый и о перспективах использования информации из черных дыр. «Для всех практических целей информация теряется», — сказал Хокинг. По его словам, черные дыры возвращают информацию в «хаотической и бесполезной форме».

В своей лекции, организованной на день раньше, 24 августа, Хокинг рассказал о черных дырах как туннелях в другие вселенные. «Если черная дыра достаточно большая и вращается, она может быть мостом в другую вселенную. Но пройдя по нему, вы не вернетесь в нашу», — сказал физик. Представленные на конференции соображения Хокинг изложил 3 сентября в препринте на сайте arXiv.org. Сама работа Хокинга в соавторстве с Перри и Строминжером была опубликована там же 5 января 2016 года.

Малкольм Перри, Эндрю Строминжер и Стивен Хокинг (слева направо)
Фото: Anna N. Zytkow / scientificamerican.com

Ранее (с середины 1970-х годов) Хокинг полагал, что в черных дырах информация не сохраняется. По этому вопросу в 1997 году он и Кип Торн заключили пари с американским физиком-теоретиком Джонном Прескиллом. Точка зрения Хокинга об информационном парадоксе черных дыр изменилась после прогресса в теории струн.

В 1996 году в рамках теории струн Строминджер и Кумрун Вафа продемонстрировали вывод выражения для энтропии черных дыр, впервые полученного термодинамическим способом израильским физиком Якобом Бекенштейном в 1973 году. Их вывод указывает на то, что при испарении черных дыр сохраняется унитарность квантовой механики (связанная с непротиворечивой интерпретацией вероятности), что ранее Хокинг подвергал сомнению.

В опубликованной в 2005 году работе британский ученый попробовал качественно объяснить сохранение информации в черной дыре при помощи техники функционального интеграла, взятого по пространству с тривиальной топологией. Эти же результаты следовали из предложенной в 1998 году Хуаном Малдасеной в рамках теории струн идеи AdS/CFT-соответствия. Она, в свою очередь, основана на голографическом принципе, предложенном в 1993 году нидерландским физиком-теоретиком Герардом т'Хоофтом (этот ученый 5 сентября 2015 года опубликовал препринт с альтернативным способом сохранения информации черной дырой).

В новой работе ученые основывались на исследованиях 1960-х годов. Тогда физики Стивен Вайнберг и другие предложили концепцию супертрансляций (их не стоит путать с одноименным термином, используемым в суперматематике). Кроме того, авторы использовали результаты Строминжера и соавторов, из которых следовало наличие у черной дыры так называемых мягких волос. Строминжер использовал известные из квантовой электродинамики мягкие фотоны — кванты электромагнитного излучения большой длины волны, используемые в перенормировках (процедурах устранения расходимостей в квантовой теории поля). Такие частицы обладают малой энергией и при описании вакуумного состояния (с наименьшей энергией) приводят к появлению нового квантового состояния, характеризующегося угловым моментом (поскольку таковой есть у фотона).

Строминжер заинтересовался вопросом, будет ли отличным первоначальное квантовое состояние системы от последующего в случае, если положить длину волны фотона бесконечной (то есть посчитать его энергию равной нулю). Вычисления показали, что квантовое состояние системы в этом случае изменится. Мягкие гравитоны и фотоны в пределе бесконечной длины волны существуют на границах пространства-времени. В приложении к черным дырам оказывается, что мягкие частицы локализуются на горизонте событий — трехмерной голограмме четырехмерной пространственно-временной дыры.

Говоря о супертрансляциях, ученые имеют в виду преобразования идентичных световых лучей, существующих на горизонте событий черной дыры. В 1960-х годах супертрансляции использовались для описания световых лучей на бесконечности пространства-времени, а не горизонте событий черных дыр. Строминжер пояснил идею супертрансляции на примере совокупности бесконечно длинных и идентичных друг другу соломинок. Если одну из них переместить вверх или вниз относительно других, можно ли считать такое перемещение реальным? Исследования ученых дали положительный ответ на этот вопрос.

Герард т'Хоофт и Стивен Хокинг
Фото: Håkan Lindgren / kth.se
1/2

«Если вы сравните две черные дыры, которые отличаются только добавлением мягкого фотона, который не изменяет энергию, вы получите разные черные дыры. А потом вы позволите им испариться. В этом случае они должны испариться во что-то отличное друг от друга. Мы даем точную формулу, являющуюся одним из главных результатов нашей работы, описывающую отличия в квантовом состоянии черной дыры, в которую был или не был добавлен мягкий фотон», — рассказал в интервью Scientific American Строминжер.

Физик отметил, что в ходе проведенного исследования ему удалось сформулировать 35 перспективных задач, решение каждой из которых может занять до нескольких месяцев. «Если у нас есть все ингредиенты для понимания квантовой динамики черных дыр, это делает возможным подсчет количества голографических пикселей», — сказал он. В дальнейшем Строминжер с соавторами собирается изучать не супертрансляции, а суперротации. Используя аналогию с одинаковыми бесконечно длинными соломинками, можно сказать, что в этом случае последние меняются местами друг с другом (одна соломинка совершает вращение вокруг другой).

«Они (суперротации) представляют собой еще один вид симметрии на бесконечности, где вы не просто перемещаете световые лучи вверх и вниз, а позволяете им двигаться друг относительно друга», — сказал Строминжер. Такие преобразования ученые начали изучать около десяти лет назад, а прогресс в их понимании достигнут лишь в последние два года. Свое видение новой работы Хокинг, отметивший 8 января свое 74-летие, представит на лекциях, которые 26 января и 2 февраля будет транслировать BBC Radio 4.

[Серге́й Бори́сович Попо́в]

https://postnauka.ru/courses/17745

Астрофизик о черных дырах в ОТО, излучении Хокинга и происхождении гравитационных волн

Звезды чаще всего рождаются не поодиночке, а парами. Например, пусть возникла пара из двух массивных звезд. Затем обе поочередно взорвались как сверхновые и дали две черных дыры, и они крутятся друг вокруг друга. Представим, как два шарика катаются по нашей резиновой плоскости, от них обязательно побежит рябь. В случае пары черных дыр это очень хороший процесс для испускания гравитационных волн, потому что у нас сразу есть большие массы, заключенные в компактные области и двигающиеся с огромными скоростями.

[Андрей Борисов]

https://lenta.ru/articles/2016/12/05/hawking/
00:05, 5 декабря 2016

Хокинг предложил новое описание черных дыр

Иллюстрация к испарению черной дыры
Изображение: APS/Alan Stonebraker

Физики-теоретики Стивен Хокинг, Малкольм Перри и Эндрю Строминжер предложили расширить классическое описание черных дыр. Сделать это предлагается при помощи введения новых законов сохранения, позволяющих описать гравитационные объекты при помощи гораздо большего числа параметров, чем это проводится сегодня. С исследованием ученых можно ознакомиться в библиотеке электронных препринтов arXiv.org, кратко о нем писала «Лента.ру».

Работа ученых продиктована желанием получить ответ на вопрос: теряется ли в черной дыре информация — например, сведения о поляризации падающей в нее частицы? Сегодняшняя точка зрения авторов предполагает положительный ответ, хотя пару десятилетий назад Хокинг придерживался противоположной точки зрения. Однако есть оговорка: информация, поглощенная черной дырой, хоть и не теряется, но воспроизвести ее в сколь-нибудь приемлемом для человека виде, скорее всего, не получится.

Вопрос об информационном парадоксе черной дыры имеет историю в несколько десятилетий, подробнее с ней можно ознакомиться в статье «Ленты.ру» начала 2016 года, посвященной первому совместному исследованию этого вопроса Хокингом, Перри и Строминжером. Тогда, напомним, обоснование того, что в черной дыре не теряется информация, авторы строили на двух обстоятельствах: во-первых, вакуум в квантовой гравитации не является уникальным состоянием; во-вторых, черные дыры имеют так называемые мягкие волосы.

Планковская длина равна примерно 1,62х10-35 метрам, что в 2х1020 раз меньше «диаметра» протона. Численное значение планковских единиц (длины, массы, времени и других) получается из четырех фундаментальных физических постоянных и очерчивает границу применимости современной физики.

Под квантовой гравитацией понимается теория, описывающая мир на планковском масштабе. В этом случае не получится ограничиться рассмотрением природы явления с позиций только квантовой механики или общей теории относительности — нужны оба подхода. Авторы полагают, что вакуум вблизи черных дыр в этом случае бесконечно вырожден, то есть по сути имеется не одно уникальное состояние с минимальной энергией, а бесконечный набор вакуумов, энергия которых практически не отличается друг от друга.

Такое отличие достигается за счет падения на дыру фотонов с чрезвычайно низкой энергий — именно они, по Хокингу, Перри и Строминжеру, приводят к тому, что у гравитационного объекта появляются новые параметры. Ученые пошли еще дальше и попробовали обобщить закон сохранения электрического заряда для черной дыры. В классической электродинамике такой закон может быть получен интегрированием радиальной составляющей электрического поля вокруг сферы, окружающей заряженную область. Если заряд не покидает ее, его значение не должно зависеть от времени.

Если произвести интегрирование по сфере бесконечного радиуса, закон также будет выполняться. Как заметил Строминжер, это приводит к появлению бесконечного числа новых сохраняющихся величин. Именно их подробному описанию и посвящена вторая совместная статья авторов. В новой работе ученые предложили использовать при описании гравитационных объектов супертранcляции — преобразования, которые описывают идентичные световые лучи, существующие на горизонте событий черной дыры (эти термины не стоит путать с понятиями из суперматематики). Они, как показывают расчеты, приводят к изменению суперротационного заряда черной дыры.

Малкольм Перри, Эндрю Строминжер и Стивен Хокинг (слева направо)
Фото: Anna N. Zytkow / scientificamerican.com

«Они (суперротации) представляют собой еще один вид симметрии на бесконечности, где вы не просто перемещаете световые лучи вверх и вниз, а позволяете им двигаться друг относительно друга», — сказал еще в начале 2016 года Строминжер. Заметим, что в рамках стандартного формализма Арновитта-Дезера-Мизнера, популярного при попытках квантового рассмотрения пространства-времени вблизи черных дыр, используются лишь масса, импульс, момент импульса и специальные заряды — в частности, электрический. По мнению авторов, суперротационные заряды должны дополнить описание черных дыр и, в частности, именно в них может скрываться информация, которую уносит в гравитационный объект падающий в него фотон.

Что же думают о работе Хокинга, Перри и Строминжера их коллеги? Физик-теоретик Гэри Хоровиц из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре в рецензии к первой работе отмечал, что исследование ученых по сути не решает информационную проблему черных дыр. По его мнению, для этого есть несколько причин. Во-первых, проведенный учеными анализ должен быть воспроизведен не только для фотонов — частиц, не имеющих массы и участвующих в электромагнитном взаимодействии, но и для гравитации, с которой между тем фотоны напрямую не взаимодействуют. Во-вторых, по мнению Хоровица, мягкие волосы, по всей видимости, не воспроизводят всю информацию, которую поглощает черная дыра при падении в нее частицы.

Гораздо дальше идет другой физик, чех Любош Мотль, ранее работавший над теорией струн в Гарвардском университете. По его мнению, исследования Хокинга, Перри и Строминжера принципиально неверны, поскольку основываются на представлениях квантовой теории поля, существовавших несколько десятилетий назад. Авторы используют формализм локальной квантовой теории поля, который, по мнению Мотля, неприменим к черным дырам. Мотль полагает, что решающее влияние на исследование оказывает авторитет Хокинга, с которым сейчас никто не видит смысла вступать в спор.