Чорні діри не мають волосся

У 1960-х — 1970-х роках розпочались дослідження астрофізиків-теоретиків відносно того, в якому стані існує інформація про речовину, яка потрапляє до чорних дір. Вважалось, що вона може втрачатись чи зберігатись. Стівен Гокінг, Вернер Ізраель, Девід Робінсон, Брендон Картер припускали, що при утворенні чорної діри зберігаються лише маса, заряд та момент кількості руху. Інші властивості для зовнішнього спостерігача відсутні. Чорні діри позиціювались як прості об'єкти, тоді як опис зір передбачає врахування багатьох різноманітних характеристик: хімічного складу, густини, тиску, температури об'єкту на різних відстанях. У чорних дір цих характеристик не існує.

Чорна діра та гравітаційні викривлення, які вона спричинює

Деякі тіла, які утворюються, не є симетричними. Трапляються випадки з порушеною симетрією[2]. Це може статись через обертання, наявність усередині тіла магнітних полів чи форму тіла, яка відрізняється від кулястої. Теорія відносності не відповідає на питання як об'єкт, що має не правильну форму, перетворюється на чорну діру під час колапсу. Рівняння Ейнштейна не дає можливості вирішити вирішити задачу про колапс тіла, що має довільну форму. Аналітичні методи також не допомагають. Сильне поле власного тяжіння змушує об'єкт стискатись. Проте не зрозуміло, чи залишиться зв'язною поверхня тіла. Якщо вона розпадається на частини, то задача щодо колапсу взагалі змінюється. Після катастрофічно швидкого стиснення зорі під дією сили гравітації, чорна діра перебуває у стані, коли вона може обертатись. Проте здатність пульсувати — відсутня[5]. Розміри чорної діри будуть залежати лише від її маси та швидкості, з якою об'єкт обертається. Зв'язок з властивостями тіла, що колапсувало в чорну діру, буде втрачено. Цей висновок більш відомий у формулюванні «чорні діри не мають волосся». Теорема накладає певні обмеження на можливі типи чорних дір. Вона дає можливість будувати детальні моделі об'єктів, які могли б бути у складі чорних дір. Теорема стверджує, що при утворенні чорних дір, втрачається частина інформації про тіло, що колапсувало. Все, що можливо дослідити після колапсу, це маса тіла та швидкість обертання[5]. У вчених теоретиків є свої думки з приводу об'єктів, які сколапсували, при умові, що цей об'єкт не розпадається на частини[2]. Нехай є тіло, яке за своєю формою трохи відрізняється від ідеально сферично-симетричного. Можна врахувати обертання тіла та наявність електромагнітного поля. Передбачається що ці та будь-які інші малі збурення настільки слабкі, що мало впливають на загальну геометрію простору часу поза тілом. За таких припущень рівняння Ейнштейна дозволяють лінеаризацію — деяку видозміну рівнянь, яка значно спрощує вирішення. Світловий характер горизонту подій, яким обмежується чорна діра, виконує функції односторонньої мембрани[3]. Частинки та випромінювання можуть перетнути горизонт подій ззовні, проте вони не можуть його залишити[8]. Незворотність характерна для тих процесів, в яких беруть участь чорні діри. Чорна діра з плином часу стає стаціонарною[3]. Нехай у процесі колапсу утворюється чорна діра. Конфігурація полів та частинок поза нею не є рівноважною. У цьому випадку конфігурація почне перебудовуватись. Цей процес супроводжується випромінюванням енергії на нескінечність та всередину чорної діри. Поля та частинки поза межами чорної діри мали спочатку скінчену енергію. Енергія, яка випромінює на нескінченість чи поглинена чорною дірою, нічим не компенсується. З часом процес припиняється й енергія стає стаціонарною. Геометрія простору та часу все менше відрізняється від стаціонарного простору, яке допускає векторне поле Кіллінга. Про це свідчать теореми про стійкість чорних дір відносно малих збурень. У працях Чандрасекара й Детвілера, доведена властивість власних мод коливання гравітаційного поля з чисто дійсною частотою, у просторі часу стаціонарної чорної діри. Поєднання трьох теорем дозволяє зробити висновок, що всі стаціонарні чорні діри осесиметричні. Існуючі статичні чорні діри можна охарактеризувати значеннями M та Q, являють собою рішення Рейснера – Пордстрема. Усі незарядженні чорні діри, які обертаються, розбиваються на окремі сімейства, які не пов'язані одне з одним. Кожна чорна діра в цьому сімействі характеризується значеннями М і J. Рішення Керра утворює одне таке сімейство. Не виключено, що інших таких сімейств не існує[6].

2015 року фінським астрофізикам вдалось визначити швидкість обертання чорної діри в результаті спостережень за надмасивною чорною дірою OJ 287, що розташована у сузір'ї Рака. На думку вчених, дані, зроблені на основі спостережень, дозволять визначити, чи є у чорних дір «волосся». За припущенням учених на це може піти десятиліття. У січні 2016 року з'явилась нова публікація Стівена Гокінга відносно теорії чорних дір. У ній спростовується теорема «Чорні діри не мають волосся». Були вказані шляхи зникнення інформації з чорних дір. Вчений зазначив, що інформація поглинається чорними дірами не назавжди[7]. Вона повертається назовні та має вигляд «м'якого волосся»[9]. Ним прийнято називати фотони, в яких є нульова енергія. Ці частинки присутні у Всесвіті у великій кількості[1]. Через нульову енергію їх неможливо помітити за допомогою сучасних приладів. При наявності фотонів з нульовою енергією у рівнянні, які описують поведінку чорних дір, виявляється перенесення інформації щодо даних про властивості частинок, які потрапили до чорної діри. Наслідком існування таких фотонів стає те, що замість чіткої лінії горизонту події, у чорній дірі виникає набір «волосся» з «м'яких фотонів». На них присутній запис частини інформації про частинки, які були поглинені. При кожному випуску випромінювання Гокінга чорною дірою, відбувається оновлення інформації «екраном»[1]. На думку Стівена Гокінга інформацію, що покидає чорну діру, прочитати не можливо поки що[9].

З'являються нові дані, реальні чи умоглядні. Джет Кертіса-Гокінга, власне, сам є значно суперечним до ствердження, що т.з. чорні діри поглинають навічно усе захоплене цими вирами у космосі. І таки швидше вир, вихор - за простим міркуванням збереження моменту імпульсу енергії тілом, що стискається. Сумнівний теоретичний випадок зірки, що не обертається навколо своєї осі, та навіть якщо така була б, то в насиченій впливом сторонніх сил і внутрішніх флуктуацій масі колапс неминуче чи статистично зірветься у кручення, що буде прискорюватися процесом вкорочення радіуса при збереженні лінійної швидкості часток. Таке уявлення посилюється не досить вивченими, але спостереженими з древніх часів властивостями вихору, і зараз це чи не найбільш очевидна гіпотеза - потугу джетів без порушень енергетичних законів може пояснити лише викид з надр тіла і, швидше, за умов колапсу нового космічного тіла чи сталого вихору чорних дір чи квазарів - через схлопування кавітаційних порожнин розрідженого ефіру. Своєрідну злагоджену роботу інь-яну сил стиску і розтягу у воронках вихору реально спостережено в гігантських океанічних вирах (в дослідженнях йдеться про зародження вихорів атмосфери, ураганів над вирами води), детальніше

Спостережено і зафіксовано пульсацію струменя. Крім матеріалів обсерваторій ведуться експерименти з вивчення вихору в повітрі з візуалізацією димом[10][11][12]. З'являється впевненість в надсвітлових швидкостях на осі джетів, а дзеркально-симетричний синхронний викид плазми з балджу галактик і навіть тільки останні покази спостережень за швидкістю джетів на відстанях багатьох світлових років свідчать про ймовірність квазі-миттєвої дальнодії струменя плазми[13][14][15], підсумок у. Важлива новина - нема якоїсь "звичної" інформації спектрального вивчення струменя. Він поки що плазма, без ліній спектру, значною частиною енергія, що має наслідком потужний механічний вплив на оточення і фізично-хімічне реагування з ним. Ці результати практичних спостережень і їх похідна ймовірність надсвітлових швидкостей релятивістського струменя піднімають непевність границі швидкості матерії, принаймні для ще не відомих перехідних агрегатних станів на шляху до плазми джетів Кертіса-Гокінга, і, не виключено, можуть змінити уявлення про т.з. горизонт чорної діри. Це безперечно відіб'ється на питанні про існування волосся, що залежить саме від структури, функціювання та самого існування горизонту ЧД.

Не варто забувати про гіпотетичність чорних дір взагалі. Зокрема, є думка фахівця з вивчення плазми, що врахування гравітаційно-індукованої електричної поляризації плазми зір відкидає механізм колапсу зірок на останній стадії їх еволюції і тим самим заперечує можливість утворення «чорних дір» в результаті колапсу[16]. 

На даний момент певності у питанні про "волосся чорних дір" не може дати - поки що і дещо "парадоксально" - навіть підхід до питання з позиції т.з. "бритви Оккама".

Soft Hair on Black Holes. Stephen W. Hawking, Malcolm J. Perry and Andrew Strominger