Физики: черные дыры могут превращаться в белые

В новом исследовании ученых из Университета Шеффилда и Мадридского университета Комплутенсе отмечается, что чёрные дыры могут превращаться в белые.

После того, как в недрах звезд заканчивается водород, они коллапсируют, превращаясь в сингулярность с бесконечной плотностью. Любой материал, будь то газ или пыль, под действием гравитации притягивается к сингулярности и уже не может покинуть ее.

Эту точку невозврата ученые называют горизонтом событий или радиусом Шварцшильда. Для того, чтобы избежать притяжения черной дыры, материя должна двигаться со скоростью, превышающей скорость света, что фактически невозможно. Именно поэтому подобную сингулярность называют черной дырой. Даже свет не может покинуть их. Поэтому они выглядят как пустоты в космосе

Традиционно чёрные дыры считаются конечными точками во Вселенной, в которых материя, пространство, время и энергия исчезают бесследно. Однако новое исследование британских и испанских ученых предлагает новый взгляд на это странное физическое явление.

Ученые предполагают, что черные дыры могут трансформироваться в белые, выбрасывая материю, энергию и даже время, обратно во Вселенную. В областях сингулярностей привычные нам законы физики перестают действовать.

В своем исследовании физики обратились к относительно новому направлению — квантовой гравитации, которое стремится объединить общую теорию относительности с квантовой механикой. В частности, ученые применили теорию квантовой гравитации для описания того, что может происходить внутри черной дыры.

Спецпроекты

Исследователи сосредоточились на конкретном типе черной дыры — плоской анти-де-ситтеровской черной дыре, которая имеет несколько более простую геометрическую структуру, что облегчает ее изучение. Ученые строили свой анализ на концепции унитарности, которая предусматривает, что общая вероятность всех возможных вариантов построения системы всегда должна быть равна единице. Этот принцип гарантирует, что информация никогда не исчезнет, даже в хаотической среде черной дыры.

Исходя из требований концепции унитарности, физики пришли к выводу, что классическая сингулярность не может существовать. Вместо этого внутренняя часть черной дыры переходит в квантовое состояние, в котором на замену сингулярности выступает область интенсивных квантовых флуктуацийлюбое случайное отклонение любой величины. В квантовой механике - отклонение от среднего значения случайной величины, характеризующей систему из большого количества хаотически взаимодействующих частиц, известная как «квантовый отскок».

В этой области пространство и время не являются конечными, они трансформируются в так называемую «белую дыру», которая теоретически выталкивает материю и энергию обратно во Вселенную.

«Гипотетически вы могли бы заставить наблюдателя пройти через черную дыру, через то, что мы считаем сингулярностью, и выйти с другой стороны белой дыры. Это очень абстрактное понятие, но теоретически такое может быть», — объясняет соавтор исследования, доктор Штеффен Гилен из Университета Шеффилда

Эта идея не нова. Ряд физиков и раньше предполагали, что чёрные дыры могут становиться белыми. Однако это исследование предоставляет конкретное математическое обоснование того, как это может происходить. Исследователи утверждают, что механизм этого процесса соответствует принципам квантовой механики.

Все в физическом мире способно работать в обоих направлениях — это одна из самых глубоких особенностей законов физики, отражающая элементарные симметрии пространства, времени и причинности. Если отправить все части системы в обратном направлении, то все действия будут отклонены. Информация для того, чтобы вернуть время назад, всегда сохраняется. Однако если черные дыры не сохраняют информацию, как должны были бы, учитывая, что они описываются в виде бездонных пространственных нор, тогда у физиков действительно существует проблема.

Спецпроекты

Другим интересным следствием предложенной учеными теории является то, что темная материя управляет временем. Британские и испанские физики предполагают, что именно темная материя может выступать в качестве универсальной точки отсчета для измерения времени. Исследование предполагает, что время неразрывно связано с тканью самой Вселенной. Темная энергия действует как ее часы.

«В квантовой механике время, как мы его понимаем, не может закончиться, потому что системы постоянно меняются и развиваются. Тогда как время обычно считается относительным с точки зрения наблюдателя, в наших исследованиях время исходит из таинственной темной энергии, которая пронизывает всю Вселенную. Мы предполагаем, что время измеряется темной энергией, которая есть повсюду во Вселенной и отвечает за ее текущее расширение», — отмечает Штеффен Гилен.

Это предположение не только предлагает новый взгляд на поведение черных дыр, но и объясняет потенциальную связь между квантовой механикой и общей теорией относительности. Но что означает превращение черной дыры в белую? Могут ли белые дыры быть связаны с червоточинами, гипотетическими туннелями сквозь пространство-время? Могут ли они дать возможность заглянуть в другие измерения или Вселенные? Новое исследование не отвечает ни на один из этих вопросов, поэтому оно остается скорее спекулятивным.

Теория унимодулярной гравитации, которую исследователи использовали в этом исследовании, также является спекулятивной ветвью общей теории относительности. Так что воспринимайте все это с большой долей скепсиса.