Квантовые эффекты запрещают образование черных дыр из-за высоких концентраций интенсивного света, говорят физики

В течение последних семи десятилетий астрофизики выдвигали теории о существовании «кугельблиц», черных дыр, вызванных чрезвычайно высокими концентрациями света.

Они предположили, что эти особые черные дыры могут быть связаны с астрономическими явлениями, такими как темная материя, и даже предлагались в качестве источника энергии для гипотетических двигателей космических кораблей в далеком будущем.

Однако новые исследования в области теоретической физики, проведенные группой исследователей из Университета Ватерлоо и Мадридского университета Комплутенсе, показывают, что кугельблиц невозможен в нашей нынешней Вселенной. Их исследование под названием «Нет черных дыр из света» опубликовано на сайте arXiv сервер препринтов и скоро появится в продаже Письма о физических отзывах.

«Наиболее известные черные дыры — это те, которые возникают в результате огромных концентраций обычной материи, коллапсирующей под действием собственной гравитации», — сказал Эдуардо Мартин-Мартинес, профессор прикладной математики и математической физики и сотрудник Института теоретической физики «Периметр».

«Поскольку в общей теории относительности Эйнштейна любой вид энергии искривляет пространство-время, давно предполагалось, что огромная концентрация энергии в форме света может привести к аналогичному коллапсу. Однако это предсказание было сделано без учета квантовые эффекты».

Команда построила математическую модель, принимая во внимание квантовые эффекты, которая продемонстрировала, что концентрация света, необходимая для создания кугельблица, будет на десятки порядков больше, чем наблюдаемая в квазарах, самых ярких объектах в нашей Вселенной.

«Задолго до того, как вы сможете достичь такой интенсивности света, сначала возникнут определенные квантовые эффекты», — сказал Хосе Поло-Гомес, доктор философии. кандидат прикладной математики и квантовой информации. «Такая сильная концентрация света приведет к спонтанному созданию частиц, таких как пары электрон-позитрон, которые будут очень быстро удаляться от этой области».

Хотя условия, необходимые для достижения такого эффекта, невозможно проверить на Земле с использованием современных технологий, команда может быть уверена в точности своих прогнозов, поскольку они полагаются на те же математические и научные принципы, которые используются при сканировании позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

«Чтобы понять это явление, нужно подумать об аннигиляции материи и антиматерии, подобно тому, что происходит во время ПЭТ-сканирования. Электроны и их античастицы (позитроны) могут аннигилировать друг друга и распадаться на пары фотонов или легких «частиц». «, — сказал Мартин-Мартинес.

«Наши результаты являются следствием явления, называемого «поляризация вакуума» и эффекта Швингера, и, хотя объяснить их в нескольких словах может быть сложно, полезно подумать об этом так: явление, которое мы предсказали, предотвратило бы Создание черных дыр из света во многом противоположно явлению распада материи-антивещества, которое происходит при ПЭТ-сканировании. Когда имеется большая концентрация фотонов, они могут распадаться на пары электрон-позитрон, которые быстро рассеиваются. забирая с собой энергию и предотвращая гравитационный коллапс».

Хотя невозможность кугельблица может разочаровать астрофизиков, это открытие является важным достижением в области фундаментальных физических исследований, ставших возможными благодаря партнерству между прикладной математикой, Институтом Периметра и Институтом квантовых вычислений в Ватерлоо.

«Хотя эти открытия, возможно, сейчас не нашли применения, мы закладываем основу для технологических инноваций наших потомков», — сказал Поло-Гомез. «Наука, лежащая в основе ПЭТ-сканеров, когда-то была столь же теоретической, а теперь такая машина есть в каждой больнице».