Физики показали, как закон сохранения заряда может нарушаться возле черной дыры

Сингулярности играют интересную роль в физике и бывают самых разных разновидностей, от сложных с математической и философской точек зрения до более приземленных. Как место, где «физика рушится» в сингулярности может произойти что угодно.

Напрашивается вопрос: есть ли вещи, которые могли бы упасть в сингулярность, обладающие фундаментальными свойствами, которые можно было бы полностью стереть? В новой статье группа физиков-теоретиков рассматривает сохранение электрического заряда.

«Физика ломается в сингулярности» — одно из самых известных утверждений в поп-физике», — сказал профессор Мартин МакКолл, профессор факультета физики Имперского колледжа Лондона.

«Но, показывая, как это может происходить на самом деле, мы стремились к одному из самых заветных законов физики: сохранению заряда».

Закон сохранения заряда гласит, что общий электрический заряд любой изолированной системы, включая Вселенную в целом, никогда не меняется.

Это означает, что если отрицательно или положительно заряженные частицы перемещаются в одну область, то же количество соответственно заряженных частиц должно выйти.

Это было продемонстрировано в самых маленьких масштабах: когда в экспериментах, таких как Большой адронный коллайдер ЦЕРНа, создаются или уничтожаются разные частицы, всегда производится или разрушается одинаковое количество отрицательно и положительно заряженных частиц соответственно.

Модифицировав уравнения классической физики, включив в них аксионы, кандидаты на частицы темной материи, профессор Макколл и его коллеги смогли показать, что временные сингулярности, такие как черные дыры, которые появляются, а затем испаряются, могут разрушать заряд, когда они подходят к концу своего существования.

Предсказанные свойства аксионов могут сформировать поле, которое будет взаимодействовать с теми полями, о которых физики знали на протяжении столетий — электромагнитными полями, которые описываются набором уравнений, называемых уравнениями Максвелла.

Используя раздел математики, называемый дифференциальной геометрией, исследователи выяснили, как создавать или разрушать заряд, нарушая закон сохранения заряда Вселенной.

«Вы можете представить себе создание «аксионной бомбы», которая удерживает заряд, путем объединения связанных аксионного и магнитного полей; а затем сбросить его в испаряющуюся черную дыру», — говорят ученые.

«По мере того, как конструкция сжимается и исчезает в сингулярности, она уносит с собой электрический заряд. Именно сочетание временной сингулярности и недавно предложенного типа аксионного поля имеет решающее значение для его успеха».

«Есть также философские выводы — хотя люди часто любят говорить, что «физика ломается», здесь мы показываем, что, хотя экзотические явления могут происходить, то, что происходит на самом деле, тем не менее ограничивается все еще действующими законами физики вокруг сингулярности».

Статья «Temporary Singularities and Axions: An Analytic Solution that Challenges Charge Conservation» была опубликована в журнале Annalen der Physik.