Фрактальные черные дыры на струнах

Блоги журнала Discover, Шон,

4 марта 2011 года

Вот один замечательный результат о черных дырах в 5 измерениях - ну, в действительности, результат получен еще в октябре, но я просто его пропустил, только сейчас заметив описание Гарри Горовитца (Gary Horowitz) в Делах Гравитации, рассылке группы гравитации Американского Физического Сообщества.

Можно подумать, что черные дыры в 5 измерениях не представляют такого уж интереса, и скорее всего они такие же, как и в четырех, кроме того мы ведь не живем в пяти измерениях. Но, конечно, может быть некое пятое измерение пространства, сжатое в крошечный круг. Конечно. Поэтому можно рассмотреть два случая - когда размер этого круга значительно больше, чем размер черной дыры — и здесь неважно, насколько все компактно - это просто черная дыра в пяти измерениях и второй случай, когда круг значительно меньше черной дыры. Так что будет в каждом случае?

Ответ в том, что у вас будет черная струна - цилиндрическая структура, вытянутая в дополнительном измерении. Это было установлено довольно давно Рутом Грегори и Раймондом Лафламме (Ruth Gregory) и (Raymond LaFlamme). Но они были достаточно умны, чтобы спросить - а что если эта цилиндрическая черная дыра растянута в новом, относительно большом измерении? Кажется, такую конфигурацию можно получить, хотя она и нестабильна - дрожание струны может возрасти, что приведет к ее дроблению на отдельные черные дыры. Один из способов убедиться в этом - вычислить энтропию каждой конфигурации; для достаточно больших черных струн, их энтропия меньше, чем у группы черных дыр такой же массы, и энтропия будет расти. И получается, что Грегори и Лафламме показали, что длинные черные струны нестабильны. Однако, не было ясно, что именно происходит с ними.

Задача в следующем - в центре черной струны наблюдается сингулярность. Если струну просто разделить на несколько черных дыр, это сингулярность станет (хотя бы на одно мгновение) совершенно обнаженной для внешнего мира, нарушая принцип космической цензуры - гипотезы, а не теоремы, но, конечно это будет очень интересно.

Что сделали Ленер и Преториус (Lehner и Pretorius) - численно проследили за распадом нестабильной черной струны - дальше, чем все остальные до них. И они обнаружили, что да, она распадается на множество черных дыр, а соединяющие их струны в конечное время сокращаются в ноль. И вывод из этих выкладок - то, что принцип космической цензуры действительно нарушается, хотя их еще и недостаточно для окончательного доказательства.

Крутотень в том, как струны распадаются в черные дыры - по всей их длине формируется похожая палитра - фрактальная конфигурация черных дыр разнообразных размеров - от самых больших, к самым маленьким. Вот результат их симуляций.

Красиво, не так ли? По мере уменьшения радиуса струны, она производит все меньшие и меньшие черные дыры. И можно ожидать, что со временем они сольются в одну большую черную дыру, хотя эта промежуточная конфигурация сложна и элегантна. Очевидно, что космическая цензура нарушается в тот момент, когда струны в конце концов уменьшают свой радиус до нуля. Итак, она нарушается.

Очень мало шансов подтвердить это экспериментально в течение какого-то времени. Но Природа не перестает удивлять нас даже когда мы решаем уравнения, которым много десятилетий.