Ученые Физико-математического института имени Кавли в Японии обнаружили, что вблизи горизонта событий черной дыры должны наблюдаться струнные эффекты, которые способны доказать теорию квантовой гравитации. Кратко об исследовании, опубликованном в журнале Physical Review D, сообщается в пресс-релизе на Phys.org.
Физики рассмотрели проблему, возникающую в квантовой теории при описании поведения фотонов вблизи горизонта событий черной дыры. Траектория частицы из одной точки в другую определяется корреляционной функцией. В плоском пространстве-времени существует только одна возможная траектория, однако в искривленном может быть много траекторий, из-за чего возникают математические сингулярности.
Черные дыры обладают экстремально мощным гравитационным полем, которое настолько сильно искривляет пространство-время, что фотоны могут оказаться “в ловушке”, несколько раз обвивая сферу Шварцшильда. В результате возникает фотонная сфера – яркий ореол вокруг тени черной дыры, который виден на снимке, сделанном телескопом Event Horizon (EHT) и опубликованном в 2019 году. Гравитация вынуждает свет перемещаться по разным траекториям, что и приводит к сингулярностям. В случае многократных наматываний фотонов вокруг черной дыры эти сингулярности начинают представлять проблему для квантовой механики.
Ученые пришли к выводу, что теория струн позволяет избавиться от сингулярностей, так как она рассматривает фотон не в виде точечной частицы, а в виде струны. Приливные эффекты от гравитации черной дыры растягивают струну, и, если учитывать этот эффект, поведение частиц начинает соответствовать ожиданиям физиков. По мнению исследователей, дальнейшие исследования черных дыр и получение более подробных изображений позволит подтвердить предсказания теории струн.