Фізики: чорні діри можуть перетворюватися на білі

У новому дослідженні науковців з Університету Шеффілда та Мадридського університету Комплутенсе зазначається, що чорні діри можуть перетворюватись на білі. 

Після того, як у надрах зірок закінчується водень, вони колапсують, перетворюючись на сингулярність із безкінечною щільністю. Будь-який матеріал, чи то газ або пил, під дією гравітації притягується до сингулярності і вже не може покинути її.

Цю точку неповернення науковці називають горизонтом подій або ж радіусом Шварцшильда. Для того, щоб уникнути тяжіння чорної діри, матерія має рухатись зі швидкістю, що перевищує швидкість світла, що фактично неможливо. Саме через це подібну сингулярність називають чорною дірою. Навіть світло не може покинути їх. Тому вони виглядають як пустоти у космосі. 

Традиційно чорні діри вважаються кінцевими точками у Всесвіті, у яких матерія, простір, час та енергія зникають безслідно. Однак нове дослідження британських та іспанських науковців пропонує новий погляд на це дивне фізичне явище.

Вчені припускають, що чорні діри можуть трансформуватись у білі, викидаючи матерію, енергію та навіть час, назад у Всесвіт. В областях сингулярностей звичні нам закони фізики перестають діяти.

У своєму дослідженні фізики звернулись до відносно нового напрямку — квантової гравітації, який прагне об’єднати загальну теорію відносності з квантовою механікою. Зокрема, науковці застосували теорію квантової гравітації для опису того, що може відбуватись всередині чорної діри. 

Дослідники зосередились на конкретному типі чорної діри — плоскій анти-де-сітерівській чорній дірі, яка має дещо простішу геометричну структуру, що полегшує її вивчення. Науковці будували власний аналіз на концепції унітарності, яка передбачає, що загальна ймовірність усіх можливих варіантів побудови системи завжди має дорівнювати одиниці. Цей принцип гарантує, що інформація ніколи не зникне, навіть у хаотичному середовищі чорної діри.

Виходячи з вимог концепції унітарності, фізики дійшли висновку, що класична сингулярність не може існувати. Замість цього внутрішня частина чорної діри переходить у квантовий стан, у якому на заміну сингулярності виступає область інтенсивних квантових флуктуаційбудь-яке випадкове відхилення будь-якої величини. У квантовій механіці - відхилення від середнього значення випадкової величини, що характеризує систему з великої кількості хаотично взаємодіючих частинок, відома як «квантовий відскок».

У цій області простір та час не є кінечними, вони трансформуються у так звану «білу діру», яка теоретично виштовхує матерію та енергію назад у Всесвіт.

Ця ідея не нова. Низка фізиків і раніше припускала, що чорні діри можуть ставати білими. Однак це дослідження надає конкретне математичне обгрунтування того, як це може відбуватись. Дослідники переконують, що механізм цього процесу відповідає принципам квантової механіки.

Все у фізичному світі здатне працювати в обох напрямках — це одна з найглибших особливостей законів фізики, що відображає елементарні симетрії простору, часу та причинності. Якщо відправити всі частини системи у зворотньому напрямку, то всі дії будуть відхиленими. Інформація для того, щоб повернути часад назад, завжди зберігається. Однак якщо чорні діри не зберігають інформацію, як мали б, враховуючи, що вони описуються у вигляді бездонних просторових нір, тоді у фізиків дійсно існує проблема. 

Іншим цікавим наслідком запропонованої науковцями теорії є те, що темна матерія управляє часом. Британські та іспанські фізики припускають, що саме темная матерія може виступати у якості універсальної точки відліку для вимірювання часу. Дослідження передбачає, що час нерозривно пов’язаний з тканиною самого Всесвіту. Темна енергія діє як її годинник. 

Це припущення не тільки пропонує новий погляд на поведінку чорних дір, но і пояснює потенційний зв’язок між квантовою механікою та загальною теорією відносності. Але що означає перетворення чорної діри на білу? Чи можуть білі діри бути пов’язані з червоточинами, гіпотетичними тунелями крізь простір-час? Чи можуть вони дати можливість зазирнути до інших вимірів чи Всесвітів? Нове дослідження не відповідає на жодне з цих питань, тому воно залишається швидше спекулятивним.

Теорія унімодулярної гравітації, яку дослідники використовували у цьому дослідженні, також є спекулятивною гілкою загальної теорії відносності. Так що сприймайте все це з великою часткою скепсису.

Стаття опублікована у журналі Physical Review Letters

Джерело: ZMEScience