Физики обнаружили, что червоточины между черными дырами похожи на длинных гусениц

Ученые из США и Аргентины теоретически смоделировали внутреннее пространство между двумя квантово запутанными черными дырами — червоточину, соединяющую их. Оказалось, что для типичной запутанной пары внутренняя структура представляет собой не гладкий туннель из научной фантастики, а длинную бугристую структуру, которую назвали «гусеницей Эйнштейна-Розена».

Картографирование внутренностей

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, показало, что червоточина напоминает гусеницу из-за своей сегментированной формы. Это открытие является важным шагом к доказательству того, что странные правила квантовой механики могут управлять формой пространства-времени внутри черной дыры.

Для моделирования сложной внутренней структуры исследователи начали с простой теоретической модели идеальной гладкой червоточины с упорядоченным квантовым состоянием. Затем, чтобы имитировать хаотичную пару черных дыр, команда использовала компьютерное моделирование для «перемешивания» квантовой связи между ними. В результате расчетов геометрии червоточины оказалось, что для стабильности системы в условиях хаоса червоточина должна быть длинной и бугристой.

Это открытие выявило прямую математическую связь между квантовым хаосом и размером червоточины. Чем более случайным и хаотичным является квантовое состояние черных дыр, тем более сложной становится физическая червоточина, соединяющая их.

Вызов парадоксу файрвола

Обнаружение этой длинной стабильной червоточины-гусеницы может иметь огромные последствия для разрешения крупного конфликта в физике, известного как парадокс файрвола (firewall paradox). Некоторые теории предполагают, что внутренность типичной черной дыры не должна быть гладкой или стабильной, а пространство-время может быть нарушено на границе черной дыры «стеной огня (firewall)» — энергетическим барьером.

В моделях, изученных исследователями, даже когда квантовая запутанность является хаотичной и случайной, червоточина остается предсказуемым, стабильным туннелем, где классические законы гравитации продолжают действовать. Этот результат поддерживает идею о том, что две самые странные концепции в физике — квантовая запутанность и червоточины — эквивалентны или являются двумя сторонами одной медали (гипотеза ER=EPR).

Черные дыры остаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, они обладают такой сильной гравитацией, что даже свет не может их покинуть. Квантовая запутанность, при которой состояния двух частиц остаются связанными независимо от расстояния, продолжает бросать вызов нашему пониманию реальности. Сочетание этих двух концепций может привести к фундаментальному пересмотру законов физики.