З теоретичної фізики відомо, що екстремальне викривлення простору-часу пов'язане з чорною дірою, і відбувається внаслідок інтенсивного гравітаційного тяжіння в кордонах обмеженого простору. Таке тяжіння, своєю чергою, являє собою вихідний “продукт маси чорної діри, яка, згідно з нашими сучасними уявленнями, знаходиться в бочкоподібній області, відомій як сингулярність.
Питання в тому, чи існує ця маса, а отже, і матерія, що її продуктує. Звідси виникає інше питання: в якому стані перебуває матерія, всередині самої чорної діри? Якщо вона, звісно, існує.
Саме тут відповідь стає дещо туманною, з теоретичної точки зору тим більше. Але спочатку визначення: теорія відносності каже нам, що сингулярність - це точка нескінченної густини, де наше розуміння фізики - і, власне, самого простору і часу — руйнується. Але “густина” передбачає масу, чи ні так?
Дійсно, у класичному описі сингулярність - це точка, а не об'єм: вона має масу, але не має просторових вимірів. Іншими словами, немає сенсу говорити про стан матерії сингулярності, оскільки вона не протягається в просторі, як матерія в нашому повсякденному досвіді або навіть в екстремальних умовах, які ми моделюємо в лабораторіях.
З цих причин думати про чорну діру як таку, що містить матерію в традиційному розумінні, неточно і не має сенсу.
Американський астрофізик, планетолог і науковий комунікатор Ніл де Грасс Тайсон якось обмовився у своєму шоу "Космос: Просторово-часова одіссея": гіпотеза недостатньо чітко визначена, оскільки круто викривлений простір-час не є достатньою умовою для існування чорної діри. За його словами, ми не знаємо, що відбувається з матерією всередині чорної діри. Нам потрібно більше спостережних даних для перевірки різних теорій.
Але чи можемо ми говорити про матерію, вважаючи, що “точка сингулярності” - це особливий стан матерії? Згідно з тією ж теорією відносності Ейнштейна, матерія, яка потрапляє в чорну діру, продовжує стискатися до точки нескінченної густини й нульового об'єму, яка і є сингулярністю. Дуже нетеоретично, враховуючи, що ми не розуміємо, куди й у що “стискається”. І чи можна взагалі в такому випадку говорити про “стискання”.
Друга проблема — таке передбачення несумісне з квантовою механікою, бо вона припускає, що матерія не може бути стиснута понад певну межу, відому як масштаб Планка.
Тому фізиками були запропоновані деякі альтернативні теорії, щоб уникнути проблеми сингулярності, - декілька моделей квантової гравітації, червоточини, теорія нечіткого м'яча. Але всі теорії, як і квантова механіка, залишаються лише математичними спекуляціями.
Водночас існує більш радикальний підхід, який припускає, що сингулярності можуть бути не простими точками, і що чорні діри можуть мати складнішу внутрішню структуру.
У деяких сучасних моделях чорні діри навіть допускають існування брам до паралельних всесвітів або регіонів нашого всесвіту. Це дуже спекулятивне припущення, сучасні технології не дозволяють нам верифікувати ці гіпотези.
Мало того, принципи квантової механіки передбачають існування випромінювання Гокінга, коли гравітаційне поле чорної діри взаємодіє з квантовим вакуумом. Таким чином з’являються пари “частинка-античастинка”, одна з яких падає в чорну діру, а інша вилітає в космос.
Відповідно до сценарію Гокінга, з часом чорна діра втрачає масу, "випаровується". Стоп. Так ми маємо справу із “сингулярністю” чи ми не знаємо, в якому стані перебуває матерія? Про яку тоді масу йдеться? Масу чого?
Проста відповідь: вміст чорної діри може трансформуватися в інші форми, хоча, знову ж таки, деталі цього процесу наразі поза межами нашої здатності перевірити чи спостерігати будь-які здогадки.
Тобто припущення про те, що круто викривлений простір-час відповідає сутності чорній дірі, відповідає “правилам” сучасної фізики.
Однак, чи існує "матерія всередині самої чорної діри в тому чи іншому стані" - це питання, яке взагалі не досліджується.
І тут ми добираємося до колапсу фізики як науки.
З “класичної” точки зору, стан матерії всередині чорної діри залежить від того, який сценарій ми вважаємо “правильним”. Якщо існує сингулярність, то матерія втратить свою “ідентичність”, структуру і перетвориться на нескінчену щільність.
- Якщо існує квантове гравітаційне ядро, то матерія зазнає невідомого квантового процесу і трансформується в нову форму.
- Якщо існує червоточина, то матерія пройде крізь неї та з'явиться в іншій області простору-часу або в іншому всесвіті.
- Якщо існує фаззбол, то матерія перетвориться на струни та гілки й зіллється з квантовою структурою чорної діри.
- Якби існував брандмауер, то матерія була б спалена високоенергетичним випромінюванням на горизонті подій.
Але найбільша цікавість полягає в тому, “простір-час" не існує у фізичній реальності. Поза межами порожнього простору (який насправді не порожній) або часу, який необхідний для руху фізичних об’єктів.
Інакше кажучи, траєкторії об'єктів, що рухаються в просторі, “спостерігаються” завдяки викривленому гравітаційному тяжінню між масами. Але ніхто ніколи не “спостерігав” "викривлений простір-час". Бо його не існує. Це лише математичний фокус, необхідний для визначення самої гравітації.
