Добрые близнецы черных дыр: что такое белые дыры и в какой Вселенной они обитают

Белые дыры – это близнецы всем известных черных дыр, которые функционируют противоположным образом, чем их собратья. Точно так же, как ничто не может выбраться из черной дыры, ничто не может войти в белую дыру.

Долгое время считалось, что белые дыры – это плод общей теории относительности, рожденный из тех же уравнений, что и сами черные дыры. Однако недавно некоторые теоретики начали задаваться вопросом, могут ли эти близнецы оказаться двумя сторонами одной и той же монеты.

Для экипажа космического корабля, наблюдающего издали, белая дыра будет выглядеть точно так же, как черная дыра. У нее есть масса. Она может вращаться. Вокруг горизонта событий – границы, которая отделяет объект от остальной части Вселенной, может находиться кольцо пыли и газа. Но если экипаж продолжит наблюдать, то может стать свидетелями события, невозможного для черной дыры – ее отрыжки.

"Как только белая дыра выплюнет нечто на ваших глазах, вы сможете уверенно сказать, что перед вами находится не черная дыра", — говорит физик-теоретик из Центра теоретической физики во Франции Карло Ровелли.

Он описывает белую дыру как "временную инверсию" черной дыры, как если бы видео черной дыры проиграли задом наперед. Например, подобно тому, как отскок мяча является временной инверсией падающего мяча.

Таким образом получается, что горизонт событий черной дыры – это точка, за которую ничто не может выйти, а горизонт событий у белой дыры – это граница, через которую ничто не может зайти.

При этом объекты, которые оказались внутри белой дыры, могут ее покинуть – быть выплюнутыми наружу. Но поскольку ничто не может попасть внутрь белой дыры, ее интерьер отрезан от прошлого Вселенной: ни одно внешнее событие никогда не повлияет на внутреннее пространство белой дыры.

Теория о близнецах: черной и белой дыре

Уравнения поля Эйнштейна или уравнения гравитационного поля обрушились на физику как цунами в 1915 году, и теоретики до сих пор разбираются в этом бардаке. Помимо описания гравитационных сил, его гипотезы также несли с собой парадигматическое сообщение о природе реальности. Например, о том, что пространство и время гнутся и складываются вместе с массой звезд и планет. Это вдохновило других физиков-теоретиков на расчеты того, насколько сильно пространство может искажаться под действием вещества, дрейфующего в нем.

Через год физик и астроном Карл Шварцшильд нашел первое точное решение уравнений Эйнштейна, рассчитав, как пространство-время изгибается вокруг одного шара массы. В его ответе скрывались семена того, что сегодня физики называют кольцеобразной сингулярностью – сферическая масса, сжатая до бесконечно плотной точки, так плотно обвивает пространство вокруг нее, что эта область отрезается от остальной вселенной. Это образует "ничейную землю", горизонт событий которой разрушает связь между причиной и следствием.

Черные дыры, самые известные сингулярности, представляют собой области пространства настолько искривленные, что из них не существует выхода. Внешняя вселенная может влиять на внутреннюю сторону горизонта черной дыры, но внутреннее не может повлиять на внешнее.

Когда математик Мартин Дэвид Крускаль в 1960 году расширил описание черной дыры Шварцшильда на все области пространства и времени, его новая картина содержала того самого "близнеца" черной дыры, хотя он тогда не осознал ее значение. Позже, когда черные дыры стали общеизвестными, появился естественный термин для их теоретических близнецов.

"На понимание черных дыр ушло 40 лет, и только недавно люди стали сосредотачивать внимание на белых дырах", — говорит Ровелли.

Белые дыры – что это такое

Белые дыры возникают из решений теории общей теории относительности, разработанных Карлом Шварцшильдом в 1916 году, всего через год после публикации теории, говорит профессор Университета Сиднея, специализирующийся на гравитационном линзировании Герейнт Льюис.

Шварцшильд был тем, кто записал математические уравнения, описывающие черные дыры во Вселенной как полностью коллапсированные объекты. Ему пришлось сделать выбор, так как в общей теории относительности нет ничего, что бы указывало на направление движения времени.

Вы можете настроить часы в определенном направлении, и это дает вам этот образ, где вещи падают в черную дыру. Именно это создает притяжение гравитации. Но вы также можете выбрать противоположное направление движения времени и получить обратный эффект. Так что, помимо черной дыры, уравнение Шварцшильда также дает нам белую дыру, просто меняя способ, как работает время.

В чем разница между черными и белыми дырами

Если описать ситуацию очень простыми словами, то белая дыра является противоположностью черной дыры. В черной дыре есть интенсивное гравитационное поле, которое притягивает вещи, и есть такая односторонняя мембрана, называемая горизонтом событий. Абсолютно все, что пересечет горизонт событий, включая даже свет, больше никогда не сможет выбраться наружу.

В это же время, белая дыра бесконечно выбрасывает материал. У белой дыры также есть горизонт событий, который может пересечь только материал, выбрасываемый наружу самой белой дырой. Фактически это означает, что вы никогда не сможете попасть внутрь белой дыры.

Есть ли доказательства существования белых дыр

Ответ – нет, на самом деле. Есть спекуляции на тему некоторых странных вещей во Вселенной, которые могут иметь признаки белых дыр. Но нет ни одного космического объекта, на который мы могли бы указать и сказать: "Да, мы нашли белую дыру".

Возможно, это связано с направлением течения времени, где могут существовать лишь черные дыры. Например, некоторые ученые полагают, что Вселенная асимметрична и началась с Большого взрыва, у нее бесконечное будущее. В таком случае устанавливается однонаправленное течение времени, в котором просто не может существовать белых дыр.

Какие признаки существования белых дыр

Исследователи полагают, что необходимо искать место в космосе, где материал будет выбрасываться с невероятно большой скоростью. Такие ученые, как Роджер Пенроуз, полагают, что белая дыра – это выход из черной дыры, но в другой Вселенной. Таким образом, материал падает в черную дыру в одной Вселенной, а выбрасывается в другой Вселенной через белую дыру.

По материалам Space.com.