Общая теория относительности Эйнштейна допускает существование экзотических объектов — черных дыр, сформированных исключительно из концентрированной энергии света, без участия обычной материи. Однако, как показывают новые исследования, фундаментальное квантовое явление, известное как эффект Швингера, может выступать в роли природного предохранителя, предотвращая их рождение в современных условиях Вселенной.
Что такое "Кугельблиц"?
Кугельблитцы (от нем. "Kugelblitz" — шаровая молния) — это чисто теоретические черные дыры, гипотетически возникающие не из коллапсирующей материи, а из невероятно сфокусированного электромагнитного излучения. Согласно ОТО, энергия сама по себе искривляет пространство-время. Если в одной области сосредоточить колоссальное количество световой энергии, создаваемое ею гравитационное поле может стать настолько сильным, что свет окажется в ловушке собственной гравитации, породив черную дыру.
Идея таких объектов десятилетиями будоражит умы теоретиков. Их изучали в контексте различных концепций: от гипотезы космической цензуры (запрещающей "голые" сингулярности) и природы испаряющихся белых дыр до объяснения темной материи и даже создания теоретических двигателей для звездолетов.
Квантовое препятствие
До недавнего времени исследования фокусировались на чисто релятивистских эффектах, игнорируя квантовую механику. Группа ученых из Мадридского университета Комплутенсе, Университета Ватерлоо и Института теоретической физики «Периметр» решила восполнить этот пробел. Их работа, размещенная на arXiv, указывает на критическую роль квантовых процессов.
Исследователи пришли к выводу, что для создания Кугельблица требуется такая чудовищная интенсивность света, которая неизбежно запускает эффект Швингера. Это явление, предсказанное квантовой электродинамикой, заключается в том, что в сверхсильном электромагнитном поле вакуум "кипит" — из него спонтанно рождаются пары элементарных частиц и античастиц, например, электроны и позитроны.
Обратите внимание: Смена магнитных полюсов Земли может произойти намного быстрее, чем считалось ранее.
Как эффект Швингера "гасит" черную дыру
Образование этих пар становится ключевым фактором. Новорожденные электроны и позитроны уносят с собой часть энергии исходного светового поля, рассеиваясь за пределы области, где должен был начаться гравитационный коллапс. Этот процесс действует как эффективный механизм рассеяния энергии, не позволяя излучению достичь критической плотности, необходимой для формирования горизонта событий. По сути, квантовый эффект доминирует над релятивистским сценарием, разряжая ситуацию до того, как родится черная дыра.
Ученые считают, что этот запрет наиболее актуален для черных дыр относительно небольших масштабов — от 100 000 километров в поперечнике до невообразимо малых размеров, в миллиарды раз меньше протона. В современных условиях, как в космосе, так и в самых передовых лабораториях, достичь интенсивности света, необходимой для Кугельблица, минуя эффект Швингера, по-видимому, невозможно.
Где шансы остаются
Единственное потенциальное исключение — экстремальные условия самой ранней Вселенной. В первые мгновения после Большого взрыва физические законы могли проявляться иначе, и эффект Швингера, возможно, не был столь подавляющим. Это оставляет теоретическую лазейку для образования Кугельблитцев в далеком прошлом.
Интересно, что если такие черные дыры из света и сформировались в юной Вселенной, отличить их сегодня от обычных черных дыр, родившихся из вещества, было бы практически невозможно. Попав за горизонт событий, свет теряет свою индивидуальность, и черная дыра "скрывает" свое происхождение.
Таким образом, хотя теория относительности и допускает существование черных дыр из чистого света, квантовая механика может накладывать на этот процесс фундаментальные ограничения. Это исследование — важный шаг в оценке реалистичности самых смелых предсказаний фундаментальной физики.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.