Физики-теоретики Эндрю Хэмилтон из Университета Колорадо в Боулдере и Тайлер Макмакен из Университета Мэри показали, что сингулярность внутри черной дыры Шварцшильда — это не точка бесконечной плотности, как принято изображать в учебниках, а плоская трехмерная поверхность. Работа принята к публикации в журнале Physical Review D (PRD).
Еще в 1930-х годах сингулярность невращающейся черной дыры представляли точкой, к которой стягивается все вещество. В 1960-х для вращающихся черных дыр Керра выяснили, что центробежные силы превращают сингулярность в кольцо — но для простых черных дыр Шварцшильда картина точки сохранялась как удобная и понятная модель.
Еще в 1998 году Хэмилтон, строя визуализации падения в черную дыру для студентов, заметил, что вместо точки получается поверхность, но не смог объяснить эффект. Разгадку нашли, проследив траектории двух наблюдателей, падающих в одну черную дыру с противоположных сторон. Если сингулярность — точка, оба должны оказаться в одном и том же месте.
Но искривленное пространство-время не позволяет свету или любому другому сигналу перемещаться между падающими наблюдателями: они навсегда теряют причинную связь и никогда не смогут узнать о судьбе друг друга. Из этого следует, что они не могут сойтись в одной точке пространства-времени. Противоречие исчезает, если сингулярность — плоская трехмерная пространственно-подобная поверхность, которую каждый наблюдатель достигает в своей точке.
По словам авторов, вывод касается и вращающихся черных дыр Керра: их кольцевая сингулярность при реалистичном коллапсе тоже превращается в пространственно-подобную поверхность на внутреннем горизонте.
«Квантовая гравитация — центральный вопрос теоретической физики, и именно на сингулярных поверхностях черных дыр она и происходит в нашей Вселенной», — пояснил Хэмилтон. Если сингулярность Шварцшильда — поверхность, а не точка, это меняет математическую отправную точку для будущей теории квантовой гравитации, объединяющей общую относительность с квантовой механикой.
Ранее ученые выяснили, что Вселенная расширяется слишком быстро.
