Черные дыры могут содержать совершенную жидкость

Совершенная жидкость внутри черных дыр

Черные дыры - это самые экстремальные и загадочные объекты во Вселенной, они то и дело удивляют ученых. Теперь американские и канадские исследователи выяснили, что материал, содержащийся в черных дырах, можно уподобить "совершенной жидкости" с ультранизкой вязкостью - то есть с вязкостью, в 400 раз меньшей, чем у привычной нам всем воды. При этом температура внутри черной дыры соответствует 2 триллионам градусов Цельсия - при такой экстремальной температуре обычное вещество полностью разрушается и превращается в "суп" из субатомных частиц.

С точки зрения тех, кто обитает в трех пространственных измерениях (то есть нас с вами), это состояние вещества близко к тому, что представляла собой когда-то кварк-глюонная плазма, сверхгорячая материя, которая существовала только в самые первые мельчайшие доли секунды после Большого взрыва (что послужил началом нашей Вселенной), и подобие которой можно, вероятно, получить только на самых мощных современных ускорителях.

Конечно, нужно оговориться, что речь дальше пойдет о черных дырах, рассматриваемых с точки зрения так называемой теории суперструн (в теории суперструн (струнной теории, string theory) элементарные частицы описываются не в виде точечных сущностей, а в виде маленьких одномерных объектов, называемых струнами), где у пространства-времени имеются как минимум 10 измерений, часть из которых являются "свернутыми" (свернутые в своеобразные крошечные сферы измерения - речь о так называемой "компактификации" - как раз и препятствуют парообразованию в сверхразогретой жидкости). Проявить себя теория суперструн может только в случае экстремально малых расстояний и при очень высоких энергиях. В противном случае рассуждать о состоянии "внутренностей" той физической сингулярности, что представляет собой черная дыра, просто некорректно.

Дам Танх Сон (Dam Thanh Son) из американского Института теоретической ядерной физики (Institute for Nuclear Theory) при Университете имени Вашингтона (University of Washington), который вместе с двумя своими коллегами - Павло Ковтуном из Калифорнийского университета (University of California, Санта-Барбара) и Андреем Старинцом (Andrei Starinets) из канадского Института теоретической физики Perimeter (Perimeter Institute for Theoretical Physics, Ватерлоо, Онтарио) - рассмотрел черную дыру в рамках метода "масштаб/гравитация" (gauge/gravity), считает, что вне зависимости от того, как мы назовем эту новую субстанцию, в четырехмерном пространстве-времени ее можно считать самой совершенной из всех известных жидкостей, потому что она обладает ультранизкой вязкостью (своего рода сверхтекучестью). Соответствующая статья будет опубликована в Physical Review Letters 25 марта.

Разницу между вязкостью, например, меда и воды при комнатной температуре можно легко выявить на глаз, переливая эти жидкости из сосуда в сосуд: мед по сравнению с водой льется более плотной и медленной струей. Чем меньше живой организм, тем более вязкой ему кажется окружающая его жидкость. Бактерии, плавающие в воде, в чем-то подобны людям, пытающимся поплавать внутри цистерны с медом.

Вода в свою очередь окажется в 400 раз более вязкой, чем жидкость черной дыры, если бы она имела то же самое число частиц на кубический сантиметр. "Если "потревожить" внутренности черной дыры, то они будут еще в течение некоторого времени "колыхаться", - утверждает Сон. - Однако спустя какое-то время все это возвратится в состояние покоя точно таким же способом, что успокаивается потревоженная вода в стакане. Причиной остановки воды является ее вязкость. Точно так же можно говорить о вязкости черной дыры, и ее вязкость - та самая причина, по которой она в конечном счете прекратит волноваться, если перестать ее "размешивать"".

Примечательно то, что в соответствии с новой теорией черные дыры для внешнего наблюдателя (в трех пространственных измерениях) будут выглядеть и вести себя так, как это описано в общепризнанной теории "испаряющихся" черных дыр Стивена Хокинга.

Источник:

Exotic physics finds black holes could be most 'perfect,' low-viscosity fluid - University of Washington Office of News and Information