Внутри сильно заряженных чёрных дыр существуют области, где будущее не предопределено прошлым. Такой вывод сделала группа исследователей во главе с Витором Кардосо (Vitor Cardoso) из Лиссабонского университета (Португалия). Их коллега Шахар Ход (Shahar Hod) из Хадассахского академического колледжа (Израиль) тут же ввязался в спор. А точку в дискуссии могут поставить наблюдения гравитационных волн.
"Будущее полностью предопределено прошлым". Такой вывод можно сделать, если философски обобщить законы классической механики. Эта жутковатая идея обычно излагается с упоминанием демона Лапласа, придуманного великим французским математиком и физиком. В этой формулировке она звучит так: если бы существовал разум, способный точно знать состояние Вселенной в настоящий момент и производить вычисления любой сложности, он мог бы предсказать всё, что произойдёт в будущем.
В математике задача предсказать будущее системы, зная начальные условия и закон, которому она подчиняется (уточним, что закон должен быть задан дифференциальным уравнением) называется задачей Коши. Давным-давно показано, что для уравнений классической механики задача Коши имеет единственное решение, что и ведёт к столь мрачным философским выводам.
Правда, классическая механика – давно уже не передний край науки. Границы её применимости очерчены столетие назад. В частности, там, где речь идёт о сильной гравитации, в игру вступает общая теория относительности (ОТО), о которой "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) немного рассказывали. У этой теории более сложные отношения с задачей Коши.
В частности, Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг ещё полвека назад показали, что в чёрных дырах может существовать так называемый горизонт Коши. Это граница, за которой задача Коши перестаёт иметь единственное решение, то есть будущие события уже не предопределены прошлыми однозначно.
Однако Пенроуз вычислил, что такое возможно лишь при специально подобранных условиях, а при малейшем их нарушении горизонт Коши исчезает. На этом основании он сформулировал гипотезу сильной космической цензуры: горизонтов Коши на самом деле не существует.
Команда Кардосо оспорила этот вывод. Учёные рассмотрели решение уравнений ОТО, известное как метрика Рейсснера-Нордстрёма (Reissner–Nordström metric). Она описывает превращение в чёрную дыру под действием собственной гравитации (коллапс, как говорят специалисты) сферы, имеющей электрический заряд. Свои расчёты исследователи выполнили для Вселенной, расширяющейся с ускорением под действием тёмной энергии (или, как говорят специалисты, космологической постоянной).
Как поясняет ресурс Physicsworld.com, если электрический заряд достаточно велик, то отталкивание одноимённых зарядов вкупе с действием тёмной энергии противостоит гравитации достаточно эффективно, чтобы горизонт Коши не разрушился.
Таким образом, образуется область, где нарушается предопределённость будущего прошлым. Причём это более серьёзное нарушение, чем то, которое существует в квантовой механике с её знаменитым котом Шрёдингера. Ведь в последнем случае мы можем хотя бы рассчитать вероятности тех или иных состояний, а горизонт Коши не позволяет и этого.
Правда, в природе вряд ли существуют чёрные дыры, имеющие такой большой электрический заряд. Однако авторы полагают, что похожего эффекта можно добиться, если вместо заряда взять момент импульса. То есть горизонт Коши может образоваться в чёрной дыре, если она достаточно быстро вращается.
Результаты команды Кардосо в свою очередь оспорил Шахар Ход. Он использовал свой собственный подход к решению Рейсснера-Нордстрёма и пришёл к выводу, что горизонт Коши всё-таки разрушается.
Точку в дискуссии может поставить наблюдение гравитационных волн, порождённых столкновением чёрных дыр. Их тонкие свойства должны зависеть от того, имелся внутри "участников ДТП" горизонт Коши или нет. По всей видимости, придётся подождать, пока накопится достаточно много наблюдений. Учитывая, что чувствительность детекторов поэтапно повышается, а к анализу сигнала подключён искусственный интеллект, ждать, возможно, придётся не слишком долго.
К слову, "Вести.Наука" не раз рассказывали о разнообразных ревизиях, которым некоторые исследователи хотят подвергнуть общую теорию относительности и построенную с её помощью стандартную космологическую модель. Так, по мнению некоторых учёных, она может обойтись без сингулярности, а по расчётам других – без тёмной энергии. Что не отменяет того факта, что ОТО прекрасно проходит все наблюдательные проверки. Выполняются они, в частности, с помощью далёких звёзд, а также родного и близкого Солнца.
