Физики из Университета Сассекса впервые с научной точки зрения обнаружили, что черные дыры оказывают давление на окружающую среду.

В 1974 году Стивен Хокинг сделал основополагающее открытие того, что черные дыры испускают тепловое излучение. До этого считалось, что черные дыры инертны, являются завершающими стадиями умирающей тяжелой звезды.

Ученые из Университета Сассекса показали, что на самом деле они являются еще более сложными термодинамическими системами, имеющими не только температуру, но и давление.

Открытие было сделано профессором Ксавье Кальметом и Фолкертом Койперсом с кафедры физики и астрономии Университета Сассекса и опубликовано сегодня в журнале Physical Review D.

Калмет и Кейперс были озадачены дополнительной переменной, представленной в уравнениях, что они использовали — квантовые гравитационные поправки к энтропии черной дыры.

Во время обсуждения этого любопытного результата на Рождество 2020 года пришло понимание того, что то, что они видели, вело себя как давление. После дальнейших расчетов они подтвердили свое захватывающее открытие о том, что квантовая гравитация может привести к давлению в черных дырах.

Ксавьер Калмет, профессор физики в Университете Сассекса, сказал: «Наше открытие, что черные дыры Шварцшильда имеют давление, а также температуру, еще более захватывающе, учитывая, что это было полной неожиданностью. Я рад, что исследования квантовой гравитации, которые мы проводим в Университете Сассекса, способствовали более широкому пониманию научными сообществами природы черных дыр».

Знаковая интуиция Хокинга о том, что черные дыры не являются черными, но имеют спектр излучения, очень похожий на спектр излучения черного тела, делает черные дыры идеальной лабораторией для исследования взаимодействия между квантовой механикой, гравитацией и термодинамикой.

«Если вы рассматриваете черные дыры только в рамках общей теории относительности, можно показать, что в их центрах есть сингулярность, где законы физики, как мы их знаем, должны нарушиться. Есть надежда, что, когда квантовая теория поля будет включена в общую теорию относительности, мы сможем найти новое описание черных дыр».

«Наша работа является шагом в этом направлении, и хотя давление, оказываемое черной дырой, которую мы изучали, невелико, тот факт, что она присутствует, открывает множество новых возможностей, охватывающих изучение астрофизики, физики элементарных частиц и квантовой физики».

Фолкерт Койперс, исследователь школы математических и физических наук Университета Сассекса, сказал: «Очень интересно работать над открытием, которое способствует нашему пониманию черных дыр — особенно в качестве студента-исследователя».

«Момент, когда мы поняли, что загадочный результат в наших уравнениях говорит нам о том, что у черной дыры, которую мы изучали, было давление — после нескольких месяцев борьбы с этим — был волнующим».

«Наш результат является следствием передовых исследований, которые мы проводим в области квантовой физики в Университете Сассекса, и он проливает новый свет на квантовую природу черных дыр».