Ont-ils une surface? Après tout, tout le monde est habitué à l'idée d'un trou noir comme singularité de l'événement caché à notre vue par l'horizon. Cependant, en étudiant la thermodynamique des trous noirs, les physiciens sont depuis longtemps arrivés à la conclusion qu'ils se comportent non pas comme des objets tridimensionnels, mais comme des objets bidimensionnels. Par exemple, le nombre de composants d'un trou noir en tant que système thermodynamique est proportionnel au carré du rayon de l'horizon des événements et non à son cube. Mais cette "indication transparente" est généralement attribuée à des problèmes tels que: où vont les informations qui ont échoué sur l'horizon des événements? Si l'une des deux particules enchevêtrées quantiques traverse l'horizon des événements, alors avec quoi le reste enchevêtré?
Cependant, il est possible de montrer qu'une telle surface est assez matérielle, en utilisant des effets bien connus de la théorie de la relativité. Ainsi, du point de vue d'un observateur externe stationnaire, aucun objet tombant dans un trou noir ne traversera jamais l'horizon des événements, car à mesure que vous vous en approcherez, le temps dans le cadre de référence associé à l'objet ralentira par rapport à l'observateur externe en raison du fait que dans le champ gravitationnel près des corps massifs, le temps, même pour les corps immobiles, s'écoule plus lentement qu'en dehors du champ. La vitesse d'un tel objet par rapport à l'observateur externe augmente d'abord, puis ralentit. À l'approche de l'horizon des événements, le temps pour un tel objet s'arrêtera presque, par conséquent, afin de surmonter le reste du chemin du point de vue d'un observateur externe, il aura besoin d'une période de temps infiniment longue.
En revanche, dans le référentiel associé à la chute d'objet, tout se passera très rapidement. Cependant, il ne sera pas possible de traverser l'horizon des événements, mais pour une raison différente. À mesure que la vitesse de déplacement s'approche de la vitesse de la lumière, les distances dans le sens de la marche diminuent. Par conséquent, lorsque vous vous déplacez le long du rayon, l'horizon des événements, presque sphérique, se transformera en un disque plat, et les événements du mouvement de l'horizon des événements et du centre du trou deviendront simultanés. Par conséquent, un tel objet ne peut à aucun moment se trouver entre l'horizon des événements et le centre. De plus, du point de vue de cet objet, un trou s'approche de lui avec une vitesse tendant vers la vitesse de la lumière. Par conséquent, sa masse devrait également tendre à l'infini. Cela conduit à une augmentation du rayon de l'horizon des événements (rayon du disque), et à «aggraver» les solutions des équations du mouvement.
Pour l'amateur, ces arguments pour les deux cas extrêmes suffisent à comprendre que si dans un référentiel externe rien ne peut se trouver à l'intérieur de l'horizon des événements, alors il n'y a pas d'espace, et il ne peut pas y avoir de masse. Cependant, il est loin d'être facile de le prouver avec précision. Le fait est que la substance réelle, en règle générale, entre dans un trou réel non pas en rayon mais en spirale. Pour un observateur externe stationnaire, c'est un autre mécanisme pour ralentir la chute, et dans le référentiel lié à la matière tout est très compliqué, car il faudrait prouver que la longueur de la spirale n'augmente pas plus vite que la contraction relativiste de sa longueur. De plus, cette spirale après le point d'intersection de l'horizon des événements apparaît dans un espace inexistant au-delà de l'application des équations de gravité.
Mais avant de prouver, nous avons besoin des bonnes équations. Du point de vue d'un observateur externe, un trou et un objet qui y tombe sont un système fermé pour lequel la loi de conservation de l'énergie doit être satisfaite. Par conséquent, la masse de ce système dans le référentiel externe doit rester constante pendant la chute, et pour cela la masse de chaque corps doit rester constante. Cependant, à mesure que l'objet accélère, sa masse selon la théorie spéciale de la relativité devrait augmenter. Par conséquent, il est nécessaire de compenser cette augmentation par le fait que l'énergie potentielle de l'objet diminue du même montant et, par conséquent, la masse-énergie totale reste constante. Ensuite, la masse de l'objet stationnaire dans le champ gravitationnel devrait diminuer à mesure qu'il s'approche de l'objet massif et à la limite de l'événement pour l'observateur externe, il tend vers zéro. Par conséquent, il n'y a aucun événement de masse à l'intérieur de l'horizon. La substance incidente conserve sa masse, mais ne peut pas traverser cet horizon, et la masse de la substance inamovible restant de la supernova serait remise à zéro lorsqu'elle traverserait. Il s'avère que non seulement la lumière, mais aussi la gravité ne peuvent pas sortir à cause de l'horizon des événements, ce qui est logique, car elle (ondes gravitationnelles) se propage également à la vitesse de la lumière.
La vie d'un trou noir est quelque peu analogue à celle d'une étoile de type solaire. Lorsqu'une telle étoile manque d'hydrogène, sa taille augmente (pour le Soleil, le rayon maximum peut être proche de l'orbite de la Terre), décharge les coquilles de gaz puis se contracte en une naine blanche. Cette augmentation de taille avec une température décroissante, et donc les forces qui empêchent l'étoile d'être compressée, à première vue, ne semble pas naturelle. Il ne semble pas non plus naturel que, comme le rayon de l'horizon des événements augmente, comme un bulldozer avec un couteau, il pousse la masse hors du centre de l'étoile, la concentrant devant elle.
Les équations de la théorie générale de la relativité (GR) sont l'égalité du tenseur d'Einstein, qui est un opérateur différentiel du deuxième degré, du tenseur de courbure de l'espace g au tenseur d'énergie de masse multiplié par une constante. En principe, rien n'empêche de substituer les masses «correctes» dans ces équations en tenant compte de l'énergie potentielle (voir ci-dessus) et des changements de dimensionnalité de l'espace (voir ci-dessous), mais la forme existante du tenseur masse-énergie provoque trop d'erreurs. Par exemple, pour résoudre des équations dans un système de coordonnées externes, remplacez la masse du système de coordonnées interne (local) (sans soustraire l'énergie potentielle), la vitesse de l'extérieur et la tension (si elles sont prises en compte) à nouveau de l'intérieur. De plus, pour bien prendre en compte l'énergie potentielle, il faut connaître la courbure de l'espace, c'est-à-dire les corrections aux composantes du tenseur énergie-masse doivent dépendre du tenseur de courbure g, ce qui viole la beauté des équations: l'espace à gauche est matière à droite. Mais ici, ce n'est pas à la beauté - ce serait bien.
Le tenseur masse-énergie a été introduit à partir de la condition que, lors de la transition vers d'autres systèmes de référence, les lois de conservation de l'énergie, de l'impulsion et de l'impulsion angulaire sont satisfaites. Ces lois elles-mêmes découlent du théorème de Noether s'il y a des groupes de symétrie correspondants dans l'espace. Cependant, dans le cas général d'un espace riemannien courbe, ces groupes de symétrie sont absents. Par conséquent, Einstein et Klausifilts ont essayé de prouver que, puisque la restriction sous forme d'équations de la théorie générale de la relativité (GR) est imposée à l'espace, un cas spécial d'espace courbe est réalisé dans lequel ces groupes de symétrie sont présents. Ainsi, ils ont essayé de prouver la validité des lois de conservation en utilisant des équations dérivées en utilisant les mêmes lois. Mais même dans cette preuve, comme l'a montré Logunov dans les années soixante-dix du XXe siècle, une erreur mathématique a été commise.
Le fait que tout ne soit pas en ordre dans les équations de la relativité générale a été découvert plus d'une fois. En conséquence, plusieurs théories alternatives de la gravité ont été créées, au sein desquelles elles ont tenté de surmonter les lacunes identifiées. Cependant, ils n'ont pas été largement diffusés non seulement pour des raisons physiques, mais aussi pour des raisons socio-psychologiques similaires à celles pour lesquelles la capitalisation du bitcoin dépasse la capitalisation de la plupart des crypto-monnaies alternatives, bien que technologiquement, elles soient presque toutes meilleures que le bitcoin. Si une personne est confrontée à quelque chose de très complexe, d'incompréhensible et difficile à vérifier, alors, en règle générale, elle n'essaie pas de surmonter cette difficulté, mais suit les sentiers battus, fait confiance aux autorités et se rend même compte qu'elle se trompe, préfère se tromper avec tout le monde ainsi qu'avec avant. Ainsi, dans la théorie des trous noirs, ces idées qui sont basées sur la solution initiale des équations de la relativité générale dominent, malgré tous leurs problèmes et absurdités.
D'un point de vue physique, trois erreurs ont conduit à ces problèmes. Tout d'abord, la théorie des trous noirs est née de la solution de Schwarzschild des équations de la relativité générale pour le champ créé par le point matériel. C'est la toute première solution, la plus demandée à ces équations, et avant la découverte des ondes gravitationnelles, presque toutes les confirmations expérimentales de la relativité générale la concernaient. Il décrit bien le champ gravitationnel des étoiles et le champ des trous noirs, à l'exception de la région proche de l'horizon des événements. Cependant, c'est une solution pour une masse concentrée en un point. Ce modèle abstrait suppose d'abord, avant la résolution, une singularité, et la résolution d'équations "confirme" la présence de cette singularité. L'erreur est qu'au départ, on suppose qu'il y a une masse là où elle ne peut pas être.
Deuxièmement, la masse est substituée dans les équations sans tenir compte de l'énergie potentielle.
Troisièmement, tout l'espace d'un trou noir, à l'exception peut-être de la singularité elle-même, est initialement considéré comme un espace-temps à quatre dimensions, c'est-à-dire le changement de dimension de l'espace n'est pas pris en compte.
D'où est venue l'opportunité de changer la dimension? Dans le système de référence associé à un objet tombant le long du rayon, l'horizon des événements se transforme en disque. Ayant atteint son objet, il apparaît dans un espace à deux dimensions, car toutes les longueurs entre les objets physiques dans le sens du mouvement ont tendance à zéro. Par conséquent, il ne peut pas sortir de ce disque, même s'il n'y entre pas en collision avec la matière. Avec cette transition, l'axe spatial «disparu» se transforme en axe temporel de sorte que l'espace extérieur devient passé pour la matière à la surface du trou noir.
Il est significatif qu'un changement dans la dimension de l'espace se produise un peu plus tôt que l'objet n'atteigne l'horizon des événements. Si une telle transition se produisait en atteignant l'horizon lui-même, alors presque toute la masse du trou noir serait concentrée sur l'horizon des événements, mais la masse de substance immobile sur l'horizon des événements du point de vue d'un observateur externe est nulle, c'est-à-dire pour un observateur externe, un tel trou noir aurait une masse presque nulle. Ceci est une conséquence de la tendance de la vitesse de l'objet incident à la vitesse de la lumière. Cependant, selon la double théorie spéciale de la relativité, en raison de la viscosité du vide physique (interaction avec des particules virtuelles), la vitesse limite pour un objet réel est la deuxième vitesse de la lumière, qui est légèrement inférieure à celle utilisée dans les équations de la théorie de la relativité et qui correspond à l'horizon des événements.
Ainsi, il existe un mécanisme physique qui «sauve de l'infini» en raison des forces de viscosité du vide physique et d'une diminution de la dimensionnalité de l'espace. En conséquence, la masse du trou noir est concentrée sur sa surface, qui est située à une petite distance en dehors de l'horizon des événements. Cette distance peut dépendre de la répartition des masses sur la surface, c'est-à-dire la surface d'un trou noir peut avoir un relief qui affecte le rayonnement de Hawking, ce qui résout les problèmes connus de perte d'informations et d'intrication quantique et est conforme à la thermodynamique des trous noirs.
Un tel modèle explique naturellement l'asymétrie de la matière et de l'antimatière à la surface d'un trou noir. Tout ce qui est tombé sur cette surface de l'extérieur est une substance. Pour lui, le temps va dans une direction, correspondant à la direction du mouvement vers le centre pour un observateur «tridimensionnel» externe (ci-après, la dimension de l'espace est indiquée par le nombre d'axes spatialement similaires). Les antiparticules, qui sont connues pour «se déplacer» dans le temps dans la direction opposée, peuvent se former en petites quantités dans les processus d'interaction de cette substance bidimensionnelle. Dans ce cas, des antiparticules d'énergies suffisamment élevées qui peuvent se former, par exemple, lors de l'effondrement d'une substance bidimensionnelle dans un trou noir avec une surface unidimensionnelle, peuvent s'échapper de l'espace bidimensionnel vers le tridimensionnel environnant.
Pour décrire une telle transition vers un état bidimensionnel dans des équations de relativité générale, les équations correspondant à l'axe du temps de l'espace environnant devraient dégénérer à la surface du trou noir, c'est-à-dire rangée du haut et colonne de gauche de l'équation du tenseur. Pour cela, les effets de la double théorie spéciale de la relativité doivent être correctement pris en compte dans le tenseur masse-énergie.
Étant donné que la transition d'une substance d'un état tridimensionnel à un état bidimensionnel dans le raisonnement ci-dessus est associée à la réalisation d'une vitesse proche mais inférieure à la vitesse de la lumière, et non à la courbure de l'espace, ce phénomène, en principe, devrait également se produire lors de l'accélération de la matière à l'extérieur d'un trou noir. De plus, si les particules élémentaires ont une géométrie interne, qui est supposée dans la théorie des supercordes et certaines autres théories qui réduisent la physique à la géométrie, alors les particules avec une géométrie tridimensionnelle deviendront indiscernables des particules avec une géométrie bidimensionnelle, qui est une projection de cette géométrie tridimensionnelle, sur un plan perpendiculaire à la direction du mouvement. Nous parlons ici de la géométrie de la particule dans les dimensions de l'espace environnant, et la particule elle-même peut avoir des dimensions supplémentaires localement repliées. Il est connu qu'il existe un niveau d'énergie auquel les interactions électromagnétiques et faibles sont combinées en une seule interaction électrofaible, ce qui conduit au fait que les particules qui ne diffèrent que par la charge d'interaction faible deviennent indiscernables. Il est naturel de supposer l'identité de ces transitions, c'est-à-dire qu'une diminution de dimension est associée à l'union des interactions. Ensuite, par analogie, on peut supposer que lorsqu'un niveau d'énergie encore plus élevé est atteint, auquel l'interaction électrofaible se combine avec le fort, les particules deviennent unidimensionnelles et avec l'énergie de grande unification, le seul axe du temps reste, c'est-à-dire toutes les particules sans dimensions repliées localement se transforment en quanta temporels. Dans ce cas, les particules avec une dimension plus petite dans l'espace avec une dimension plus grande seront relativistes.
Imaginez maintenant cette situation. Dans l'espace à quatre dimensions, aux premiers stades de son évolution, la matière a connu une diminution de sa dimension. Cela peut se produire non seulement en atteignant la surface d'un trou noir tridimensionnel dans un espace externe quadridimensionnel, mais aussi, par exemple, lorsqu'une substance est éjectée d'un trou blanc. Ensuite, il y aura également une prédominance d'une substance sur l'antimatière, si avant de diminuer la dimension, cette substance s'est déplacée dans une direction. Dans ce cas, les particules tridimensionnelles deviendront relativistes dans l'espace quadridimensionnel initial. Cependant, les uns par rapport aux autres, ils peuvent se déplacer à basse vitesse, ce qui leur permettra de se condenser en matière baryonique, dont l'évolution peut conduire à l'apparition de physiciens dans cette substance.
Ces physiciens supposeront naturellement qu'ils sont dans un système de coordonnées fixes, et les particules à géométrie bidimensionnelle et unidimensionnelle seront considérées comme relativistes. Les particules "immobiles" (plus précisément, non relativistes) dans l'espace à quatre dimensions d'origine seront également relativistes pour elles, car le rapport du temps dans l'espace à quatre dimensions s'écoule plus rapidement que le temps dans l'espace à trois dimensions par un grand nombre de fois, et donc même une petite composante de vitesse (pour l'observateur "à quatre dimensions"). Du point de vue des physiciens qui s'y trouvent, les particules «immobiles» de la projection sur l'axe de l'espace tridimensionnel seront perçues comme la vitesse de la lumière. En même temps, ils constateront que ces particules «immobiles» n'ont pas d'antiparticules appariées, et toutes les paires particule-antiparticule s'anéantissent avec la formation de ces particules «immobiles» précisément (en raison de la loi de conservation de la quantité de mouvement dans l'espace quadridimensionnel initial). De plus, ils découvriront que la masse de particules qui composent les physiciens est le résultat de la rupture de symétrie, pour expliquer ce qu'ils devront trouver avec le champ de Higgs. Après tout, ils n'auraient probablement pas trouvé d'explication plus simple qu'il s'agit d'une masse ordinaire en raison du mouvement des particules relativistes dans l'espace quadridimensionnel initial, qui est également préservé dans l'espace tridimensionnel, mais ressemble à une conséquence de la rupture de symétrie. Est-ce que cela vous rappelle quelque chose?