Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает существование черных дыр, образующихся при коллапсе гигантских звезд. Но та же теория предсказывает, что их центры — это сингулярности, то есть точки бесконечной плотности. Поскольку мы знаем, что во Вселенной не может быть бесконечных плотностей, мы воспринимаем это как признак того, что теория Эйнштейна неполна. Но после почти века поисков расширений мы так и не придумали лучшую теорию гравитации.
Но у нас есть кандидаты, включая теорию струн. В теории струн все частицы Вселенной на самом деле являются микроскопическими вибрирующими петлями. Чтобы поддерживать широкий спектр частиц и сил, которые мы наблюдаем во Вселенной, эти струны не могут просто вибрировать в наших трех пространственных измерениях. Вместо этого должны быть дополнительные пространственные измерения, которые свернуты сами по себе в такие маленькие многообразия, что ускользают от повседневного внимания и экспериментов.
Эта экзотическая структура в пространстве-времени дала группе исследователей инструменты, необходимые им для идентификации нового класса объектов, которые они назвали топологическим солитоном. В своем анализе они обнаружили, что эти топологические солитоны являются устойчивыми дефектами самого пространства-времени. Для их существования не требуется ни материи, ни других сил — они так же естественны для ткани пространства-времени, как трещины во льду.
Исследователи изучали эти солитоны, исследуя поведение света, который проходит рядом с ними. Поскольку они являются объектами экстремального пространства-времени, они искривляют пространство и время вокруг себя, что влияет на путь света. Для удаленного наблюдателя эти солитоны выглядели бы точно так же, как мы предсказываем появление черных дыр. Изображения, полученные с телескопа Event Horizon, и обнаруженные сигнатуры гравитационных волн будут вести себя идентично "классическим черным дырам.
Только подойдя поближе, вы поймете, что смотрите не на черную дыру. Одной из ключевых особенностей черной дыры является ее горизонт событий, воображаемая граница, от которой, если вы пересечете ее, вы не сможете убежать. Топологические солитоны, поскольку они не являются сингулярностями, не имеют горизонтов событий. Так что, в принципе, вы могли бы подойти к солитону и держать его в руке, при условии, что вы пережили столкновение.
Эти топологические солитоны являются невероятно гипотетическими объектами, основанными на нашем понимании теории струн, которая еще не доказала свою жизнеспособность в обновлении нашего понимания физики. Однако эти экзотические объекты служат важными проверочными исследованиями. Если исследователи смогут обнаружить важную наблюдаемую разницу между топологическими солитонами и традиционными черными дырами, это может проложить путь к поиску способа проверки самой теории струн.