Загадка мироздания. Физики выдвинули гипотезу о таинственных белых дырах во Вселенной

Научпоп

24 мартa, 13:13

Загадка мироздания. Физики выдвинули гипотезу о таинственных белых дырах во Вселенной

Загадка мироздания. Физики выдвинули гипотезу о таинственных белых дырах во Вселенной - фото

gaia.com

Белые дыры представляют собой развернутые во времени черные дыры

О черных дырах слышали даже далекие от астрофизики люди. А о белых - почти никто. И это несправедливо. Ведь эта гипотеза ставит под сомнение многое из того, что мы сегодня знаем о Вселенной

Черные дыры являются одними из самых разрушительных объектов во Вселенной. Но их гипотетические сестры - белые дыры имеют намного менее ужасающую природу. 

Сама по себе гипотеза о белых дырах не нова, констатирует британский обозреватель Джаспер Хэмилл.

Их предсказал Альберт Эйнштейн в своей Общей теории относительности. Она содержит уравнения, которые предсказывают, как черные, так и белые дыры. Но если доказательства существования первых у нас уже есть, то со вторыми дело обстоит намного сложнее.

Возможно, тема “сдвинется” с места благодаря новым исследованиям на эту тему. Ведь в них в задействована квантовая гравитация.

Черная дыра
Черная дыра / Фото: resonance.io

Черные дыры

Черные дыры известны благодаря своей жадности воистину галактических масштабов.

Считается, что они обладают столь высокой плотностью, что от них не может убежать даже свет. По сути, мы до сих пор не знаем этого точно, но уже можно с уверенностью утверждать, что черные дыры, активно поглощающие материю, существуют на самом деле.

Астрономы в последние годы даже научились получать их изображения.

Иными словами, в существовании черных дыр сегодня сомнений фактически нет.

Предположительно, они формируются, когда разрушаются звезды. Хотя создание сверхмассивных черных дыр, как, например, та, что находится в центре Млечного пути, до сих пор остается загадкой, отмечает обозреватель Мишель Стар.

Белые дыры

Но белые дыры, предсказанные Эйнштейном и до сих пор не обнаруженные, являют собой гораздо большую загадку. 

После Эйнштейна исследованием идеи белой дыры занимались советские физики Игорь Новиков и Николай Кардашев. В 1976 году работу на эту тему опубликовал знаменитый британский физики Стивен Хокинг.

Альберт Эйнштейн предсказал как черные, так и белые дыры
Альберт Эйнштейн предсказал как черные, так и белые дыры / Фото: Wiki

Теоретически, белые дыры это “черные дыры наоборот”. Ничто не может попасть внутрь. Материя лишь выходит наружу.

Первые теоретики белых дыр считали, что они могут образовываться при выходе из-за горизонта событий вещества черной дыры, находящейся в обратном направлении термодинамической стрелы времени. 

Полная карта пространства-времени содержит как черную, так и белую дыры, считали теоретики. А отдельного образования только «чистой» черной или только «чистой» белой дыры на полной карте пространства-времени не может быть в принципе.

Говоря более простым языком, можно сказать, что белая дыра, представляет собой черную дыру, которая развернута назад во времени.

Ученые чаще всего объясняют эту идею с помощью следующего примера. 

Представьте себе, что вы снимаете на видео рождение черной дыры в результате смерти звезды, затем падение в нее света, пыли и прочей материи. 

А теперь представьте себе, что вы отматываете этот фильм в обратную сторону. Это и будет процесс, в ходе которого белая дыра извергает из себя материю вплоть до появления новой звезды.

“Поскольку уравнения Общей теории относительности не выбирают, в какую сторону движется время, то раз возможно существование черных дыр, значит, возможно и существование белых дыр”, - считает Эрик Куриеэль, философ из Стэнфордского университета.

На сегодняшний день эти творения существуют только в черновиках физиков-теоретиков. Мы до сих пор не видели ни одной белой дыры или даже намека на существование таких объектов во Вселенной. И многие эксперты уверены, что мы никогда их не найдем.

Однако, интерес к теме белых дыр не угасает благодаря некоторым ученым-энтузиастам. Несколько публикаций на эту тему в последнее время делают гипотезу о белых дырах более осязаемой.

В 1980-х было выдвинуто предположение, что Большой взрыв сам по себе был большой белой дырой. Проще говоря, одна из белых дыр послужила отправной точкой существования Вселенной.

Израильские астрономы Алон Реттер и Шломо Хеллер попытались объяснить с помощью белых дыр знаменитый аномальный гамма-всплеск GRB 060614, который был зафиксирован в 2006 году. Это было проявление белой дыры, заявили они. Реттер даже предположил, что белые дыры распадаются сразу после своего возникновения. И назвал этом процесс “маленьким взрывом” (small bang в противоположность Big Bang).

Согласно более свежим исследованиям, белые дыры могут формироваться, когда черные дыры “испаряются”.

Квантовая гравитация

По мнению авторов нового исследования, черные дыры взрываются и превращаются в белые дыры, которые извергают всю ту материю, энергию и информацию, которую засосали на предыдущем этапе своей эволюции.

“Я изучаю возможность того, что в конце своего жизненного цикла черные дыры становятся белыми дырами”, - поясняет автор одного из таких исследований, итальянский физик Карло Ровелли, занимающийся исследованиями квантовой гравитации в Марсельском университете (Франция).

Карло Ровелли
Карло Ровелли / Фото: cpt.univ-mrs.fr

По этому сценарию, черные дыры представляют собой звезды, которые разрушаются, а затем перерождаются. Но мы видим это в крайне замедленном темпе, считает Ровелли.

Данная гипотеза основана на еще недоказанной и очень спорной теории квантовой гравитации. 

Однако такая модель может дать ответ на волнующий вопрос о том, куда девается вся та материя, которую черные дыры засасывают в себя. Действительно ли они разрушают материю и информацию безвозвратно?

Согласно гипотезе Ровелли, белая дыра извергает из себя материал, когда затянутый в черную дыру.

Но самое интересное в том, как Ровелли и его коллеги объясняют несопоставимые сроки существования черных и белых дыр. Почему черные дыры существуют долго, а белые - быстротечны?

Потому что гравитация растягивает время, поясняют исследователи. Переход от черной дыры к белой происходит довольно быстро, но для стороннего наблюдателя это выглядит так, будто черная дыра существует миллиарды лет.

В связи с этим Ровелли предполагает, что белые дыры могут быть источниками таинственных сигналов, которые известны как “первые радиовспышки”, тех самых, которые многие ученые принимают за послания инопланетных цивилизаций.

Старые черные дыры, образовавшиеся на заре Вселенной, давно эволюционировали, но из-за “фокусов” гравитации со временем, мы видим, как они взрываются только сейчас. Возможно, именно так можно объяснить некоторые источники высокоэнергетического излучения, которые ученые сегодня приписывают сверхновым звездам.

Доля скепсиса

Так почему же мы так и не встретили во Вселенной даже намека на существование феномена, который имеет такие веские теоретические обоснования?

По мнению ученых, на то есть целый ряд веских причин.

В первую очередь, не совсем понятно, как формируются белые дыры. Для черных дыр у нас есть соответствующие теории, но как именно образуются белые дыры, не ясно. 

Ведь нельзя же в действительности отмотать время назад во Вселенной?

Или можно?

Для этого пришлось бы начать с сингулярности и отматывать время назад. Белая дыра извергает из себя материю, пока в конце концов не превратится в звезду. 

Интересный сценарий. Но он потребовал бы уменьшения энтропии, что нарушает второй закон термодинамики. А следовательно, приняв эту гипотезу, мы подвергли бы сомнению фундаментальные основы современной физики. Наши представления об устройстве Вселенной в миг пошатнулись.

По мнению астрофизика Карен Мастерс, единственное объяснение существования сингулярности во Вселенной с самого ее зарождения, это гипотеза о том, что сингулярность существовала и раньше. “Вселенная каким-то образом сформировалась с уже готовыми сингулярностями”, - подчеркивает Мастерс.

Дальше - больше. Что говорит современная физика со всеми ее расчетами о том, может ли белая дыра существовать на самом деле?

А вот что.

Никакая материя не может существовать в окрестностях черной дыры. Как только материя оказывается в этом регионе, рядом с ней уже не может быть белой дыры.

Иными словами, черная дыра, всасывающая материю, и белая дыра, извергающая ее, попросту не могут сосуществовать поблизости друг от друга. Допустить такое, значит, опять таки попросту отвергнуть всю современную космологию.

Поэтому, если белые дыры когда-то существовали во Вселенной, то их жизненный цикл довольно быстро прекратился. Фактически, это случилось за миллиарды лет до того, как начала зарождаться жизнь на Земле.

Но это не значит, что сам по себе феномен невозможен. И больше того, он может иметь огромное значение для нашего понимания Вселенной.

Не страшно, что белые дыры пока являются чистой теорией, констатирует Старр. Черные дыры тоже когда-то были теорией. И скептиков по этому вопросу хватало еще совсем недавно, подчеркивает она.


Читайте новый номер журнала НВ

Подписывайтесь на журнал НВ и читайте свежий номер прямо сейчас. Все подписчики также получают доступ к архивным выпускам журнала. Стоимость подписки на три месяца всего 59 гривен.

Подписаться и читать журнал