Что такое черная дыра?

Что такое черная дыра? В статье, которая была опубликована в журнале Nature Astronomy, философ из LMU Эрик Кюриель показывает, что физики используют разные определения концепции черных дыр в зависимости от их собственных конкретных областей интересов.

Черная дыра обычно рассматривается как астрономический объект, который безвозвратно поглощает всю материю и излучение, которые попадают в сферу его влияния. Физически черная дыра определяется наличием сингулярности, т. е. области пространства, ограниченной «горизонтом событий», внутри которого плотность массы / энергии становится бесконечной, а нормально действующие законы физики больше не существуют.

Однако, как показывает статья в журнале Nature Astronomy, точное и согласованное определение этого состояния материи весьма проблематично.

Ее автор, доктор Эрик Куриэль, резюмирует эту проблему следующим образом: «Свойства черных дыр являются предметом исследований в ряде подразделов физики — в оптической физике, в квантовой физике и конечно в астрофизике. Но каждая из этих специальностей подходит к проблеме со своим специфическим набором теоретических понятий».

Эрик Куриэль изучал философию, а также теоретическую физику в Гарвардском и Чикагском университетах, и основная цель его текущего исследовательского проекта, заключается в разработке точного философского описания некоторых удивительных аспектов современной физики.

«Такие явления, как черные дыры, относятся к сфере, почти недоступной для наблюдений и экспериментов. Поэтому работа, основанная на предположении о существовании черных дыр, предполагает уровень спекуляций, необычный даже для области теоретической физики».

Однако эта трудность делает физический подход к природе черных дыр таким интересным с философской точки зрения. «Физическая перспектива черных дыр сама по себе неразрывно связана с философскими проблемами, связанными с онтологическими, метафизическими и методологическими соображениями», — говорит Кюриэль.

Во время подготовки своего философского анализа концепции черных дыр, автор говорил с физиками, вовлеченными в широкий диапазон областей исследования. В ходе этих бесед ему были даны совершенно разные определения черной дыры. Однако важно отметить, что каждое из них использовалось в рамках соответствующей специализированной дисциплины. Сам Эрик Кюриэль описывает эти дискуссии как «удивительные» и «открывающие глаза».

Для астрофизика Ави Леба «черная дыра — это «высшая тюрьма»: как только вы в нее попадаете, вы никогда не сможете из нее выйти». С другой стороны, физик-теоретик Доменико Джулини считает «концептуально проблематичным думать о черных дырах как о объектах в космосе, вещах, которые могут двигаться и перемещаться».

Собственное послание Кюриэля состоит в том, что само многообразие определений черных дыр является положительным знаком, поскольку позволяет физикам подходить к этому явлению с разных точек зрения. Однако для того, чтобы продуктивно использовать это разнообразие точек зрения, будет важно повысить осведомленность о различиях в акцентах между ними.

«Хотя черные дыры являются объектами центральной важности во многих областях физики, не существует согласованного определения для них. Физики в разных областях понимают и рассуждают о них радикально разными и часто противоречивыми способами. Однако все эти способы кажутся правильными в соответствующих контекстах».

«После изучения и сравнения многих определений, используемых на практике, я рассматриваю проблемы, к которым приводит отсутствие общепринятого определения, и обсуждаю, действительно ли оно необходимо для прогресса в физике черных дыр. Я прихожу к выводу, что в разумных пределах изобилие различных определений фактически является добродетелью, что делает исследование черных дыр возможным и плодотворным во всех разнообразных проблемах» — говорит Эрик Кюриэль.

Erik Curiel. The many definitions of a black hole, Nature Astronomy (2018). DOI: 10.1038/s41550-018-0602-1