Исследователи определяют "предельную скорость" черных дыр, предлагая новые законы физики
Исследователи давно пытаются понять пределы возможностей черных дыр — космических объектов, гравитация которых захватывает все, включая свет. Недавнее исследование выявило предельную скорость, с которой эти объекты могут двигаться: около 10% от скорости света. Если в будущем (в результате наблюдений) окажется, что этот предел выше, это может свидетельствовать о существовании доселе неизвестных законов физики.
Черные дыры — это области пространства, где гравитация настолько сильна, что ничто, даже свет, не может вырваться наружу. Эти космические образования, часто образующиеся в результате гравитационного коллапса массивных звезд, вызывают восхищение как ученых, так и широкой публики. Их природа и поведение дают представление о самых мощных силах во Вселенной.
Когда два таких космических гиганта сближаются, они могут либо слиться, либо оттолкнуться друг от друга. Важнейший вопрос: с какой скоростью они могут двигаться? Недавно два исследователя из Рочестерского технологического института смогли оценить эту скорость. Это открытие вполне может пересмотреть наши представления о законах, управляющих пространством и временем. Результаты исследования опубликованы в журнале .
Для изучения поведения черных дыр при их взаимодействии исследователи использовали численное моделирование, основанное на теории относительности Эйнштейна, которая описывает движение объектов в пространстве-времени. Эти симуляции, выполненные с помощью суперкомпьютеров, были использованы для моделирования взаимодействия двух черных дыр при их прохождении вблизи друг друга.
Два исследователя, Карлос Лусто и Джеймс Хили, проанализировали эволюцию черных дыр в зависимости от четырех параметров: их начального движения, расстояния до них при ближайшем сближении, ориентации вращения и величины этого вращения. Эти численные методы, хотя и были концептуально разработаны более 50 лет назад, были применены на практике только в 2005 году. Настраивая четыре вышеупомянутых параметра, исследователи провели 1 381 симуляцию. Они обнаружили, что черные дыры с противоположными спинами, которые вращаются относительно друг друга, могут достигать максимальных скоростей отдачи, что отчасти объясняется искажением гравитационного излучения противоположными спинами.
Конкретно, эти симуляции показали, что когда черная дыра отталкивается после взаимодействия, ее скорость может достигать почти 102 миллионов километров в час. Это эквивалентно одной десятой скорости света — скорости, ранее невообразимой для такого массивного объекта. Если это открытие будет подтверждено реальными наблюдениями, оно может поставить под сомнение некоторые фундаментальные предположения о том, как объекты взаимодействуют на скоростях, близких к скорости света, тем самым открыв новые возможности исследований в физике.
Взгляд на универсальные законы
Для Карлоса Лусто предельная скорость черных дыр — это не просто единичное наблюдение, пишет он для Live Science. Напротив, он рассматривает ее как потенциальный фрагмент гораздо большей головоломки, предполагая, что эта скорость может быть связана с более широкой системой физических законов, управляющих Вселенной.
По его словам, эти законы не ограничиваются массивными объектами, такими как черные дыры, но могут распространяться и на гораздо меньшие масштабы, например, на субатомные частицы. Наиболее интригующим следствием его заявления является то, что если в ходе будущих наблюдений будут обнаружены черные дыры, движущиеся со скоростями, превышающими этот предел, то это может поставить под сомнение наше нынешнее понимание физики. Это откроет путь к открытию новых законов или принципов, которые еще не были выявлены или поняты научным сообществом.
Открытие предельной скорости для этих космических объектов — не просто научный курьез. Это важная веха, которая может оказать глубокое влияние на то, как мы воспринимаем и интерпретируем физические явления, связанные с пространством-временем.
Конечно, до объединения двух основ фундаментальной физики — общей теории относительности для гравитации и квантовой теории для других фундаментальных сил — еще далеко, но черные дыры и связанные с ними знания позволяют навести мосты. Лусто заключает: "Это далеко не строгое доказательство. Но есть линия, которая заслуживает дальнейшего исследования и из которой кто-то другой или мы сами, возможно, сможем что-то извлечь".