Белые дыры: невероятные антиподы черных дыр

Может ли время течь в другую сторону?

Само по себе понятие «течение времени», конечно, весьма условно. Однако неоспорим тот факт, что мы воспринимаем время как равномерно текущий в одном направлении поток.

При этом уравнения Общей теории относительности (Альберт Энштейн) симметричны по отношению к направлению времени, то есть теория одинаково хорошо «работает», и когда время направлено вперед, в будущее, и когда оно направлено назад, в прошлое.

Ничего необычного в этом нет, аналогичная ситуация имеет место и в теории тяготения Ньютона.

Допустим, что вокруг Солнца по эллиптической орбите движется комета. Если изменить направление времени, то комета все равно будет двигаться по той же эллиптической орбите, хотя, конечно, направление ее движения изменится. Однако характер его останется прежним: комета будет ускоряться, приближаясь к Солнцу, и замедляться, удаляясь от него.

Подобным же образом абсолютно упругий мяч будет падать из вашей руки на пол и отскакивать обратно, если направление времени сменится на противоположное.

Зная, что решения уравнений общей теории относительности симметричны относительно времени и что черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса некой массы вещества в скрытую за горизонтом событий сингулярность, которая существует бесконечно долго, нельзя ли предположить существование подобных “дыр” с обращенным временем, т. е. процесса коллапса с обратным ходом развития событий?

Существуют ли белые дыры?

У моряков есть кракены и прочие морские чудища. У физиков есть белые дыры: космические творения, которые находятся где-то между былью и небылью. Их никто не наблюдал в реальном мире: они существуют только в виде математических монстров. Однако новые исследования показывают, что если теория под названием петлевая квантовая гравитация окажется верной, белые дыры могут стать реальностью — возможно, мы уже наблюдаем их.

Грубо говоря, белая дыра — это противоположность черной дыры. Черная дыра, в свою очередь, — это место, куда можно попасть, но откуда нельзя выйти; белая дыра, соответственно, — это место, из которого можно выйти, но никогда нельзя вернуться. Физик Калифорнийского технологического университета Шон Кэролл говорит: «Белая дыра как математически, так и геометрически является точно такой же, как и черная». В частности, это сводится к двум основным аспектам: сингулярности, в которой масса сдавливается в точку с бесконечной плотностью, и горизонту событий, невидимой точке невозврата, впервые описанной математически немецким физиком Карлом Шварцшильдом в 1916 году. Для черной дыры горизонт событий представляет собой точку одностороннего входа; для белой — только выхода.

Есть масса доказательств того, что черные дыры действительно существуют, и астрофизики примерно представляют, чем же они являются на самом деле. Чтобы представить, как могла образоваться белая дыра, нам нужно выйти из астрономической плоскости. Один из вариантов — вращающаяся черная дыра. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, вращение сворачивает сингулярность в кольцо, что в теории позволяет путешествовать через вращающуюся черную дыру и не быть уничтоженным. Уравнения общей теории относительности предполагают, что попавший в такую черную дыру может пройти через туннель пространства-времени (червоточину) и выйти из белой дыры, попав в совершенно другой регион пространства-времени.

Хотя математические решения для таких дыр существуют, «они не реалистичны», говорит Эндрю Гамильтон, астрофизик из Колорадского университета в Боулдере. Дело в том, что они описывают вселенные, в которых содержатся только черные дыры, белые дыры и червоточины — без материи, радиации или энергии. Предыдущие исследования, включая Гамильтона, предполагают, что все, что попадает во вращающуюся черную дыру, грубо говоря, «затыкает» червоточину, тем самым перекрывая выход в белую дыру.

Но в конце червоточины есть свет. Общая теория относительности, на основе которой Гамильтон делает свои прогнозы, ломается в сингулярности черной дыры. «Плотность энергии и кривизна становятся настолько большими, что классическая гравитация едва ли может описать то, что там происходит», — говорит Стивен Хсу, физик Университета штата Мичиган в Ист-Лансинге. Возможно, более полная модель гравитации — которая хорошо работает в квантовых масштабах — смогла бы свести на нет нестабильность и дать ход белым дырам.

Единая теория, которая объединит гравитацию и квантовую механику, это святой Грааль современной физики. Применив одну из таких теорий, петлевую квантовую гравитацию, к черным дырам, теоретики Хэл Хаггард и Карло Ровелл из Экс-Марсельского университета во Франции показали, что черные дыры могли бы превращаться в белые при определенных квантовых процессах.

Петлевая квантовая гравитация предполагает, что пространство-время состоит из фундаментальных строительных блоков, сформированных как петли. По мнению Хаггарда и Ровелли, конечный размер петель препятствует коллапсу умирающей звезды в точку с бесконечной плотностью, а вместо того превращает сжимающийся объект в белую дыру. Этот процесс занимает несколько тысячных долей секунды, но благодаря мощности участвующей в нем гравитации релятивистские эффекты позволяют наблюдать за трансформацией долгое время, если смотреть издалека. Таким образом, крошечные черные дыры, рожденные в юной вселенной, сейчас могли бы «вспыхивать как петарды», образуя белые дыры. Некоторые из таких взрывов, как полагают астрономы, привели к появлению не сверхновых, а белых дыр.

Превращение черной дыры в белую могло бы разрешить старую головоломку, известную как информационный парадокс черной дыры. Физики предают анафеме любого, кто считает, что информация может быть уничтожена, но общая теория относительности гласит, что все, включая информацию, падая в черную дыру, не может вернуться. Эти два заявления долгое время конфликтовали, пока Стивен Хокинг 40 лет назад не показал, что черные дыры испаряются со временем. Идея того, что информация в черной дыре может пропадать навсегда, вызвала дискуссию, которая продолжается по сей день.

Но что, если черная дыра превращается в белую, а «вся информация восстанавливается», спрашивает Хаггард? «Нас очень волнует этот механизм, поскольку он позволяет решить слишком много острых вопросов».

Новая работа пока остается сырой и уж точно не дает стопроцентных гарантий на то, что петлевая квантовая гравитация точно опишет реальность. Единственное доказательство существования белых дыр мы можем получить только в лаборатории, а это практически невозможно. Но Кэролл говорит, что все в порядке. Если эти мифические космические существа смогут улучшить интуицию физиков, это может быть крайне полезным для развития науки.

Возможно ли существование “белых дыр” во вселенной?

Следует отметить, что все представления о черных и белых дырах и о множественности вселенных, с которыми мы не можем поддерживать контактов иначе, как только с помощью дыр в пространстве-времени, основываются на нашем глубоком ощущении необходимости существования пространственно-временных симметрии.

В действительности черные и белые дыры не единственно возможные экзотические объекты, предсказываемые теорией. Обсуждалась также возможность существования так называемых «серых дыр», вещество которых, выплескиваясь, как в белых дырах, за горизонт событий, почти тотчас же начинает быстро сжиматься в процессе гравитационного коллапса. Могут ли белые (или серые) дыры существовать реально?

По мнению большинства специалистов, представления о пространственно-временных мостах во вращающихся и заряженных черных дырах слишком идеализированы и что такие мосты вряд ли в природе есть. Наиболее вероятно, что в черных дырах сингулярность, поглощающая вещество, пространственноподобна, и тогда нет оснований говорить о белых дырах, порождаемых коллапсом звезд в других вселенных (или в других областях одного и того же пространства-времени).

Что же касается так называемых «задержавшихся ядер», то и для них условия образования весьма неблагоприятны.

Итак, если черные дыры есть и это факт – возможно ли существование в космосе белых дыр, хотя бы теоретически? На самом деле точного ответа на этот вопрос нет, хотя есть ряд интересных теорий, проработанных достаточно хорошо в 1970-х г.г. К примеру, американец Д. М. Эрдли в 1974 г. пришел к следующим выводам:

1. Если вблизи черной дыры излучение испытывает сильное красное смещение, то в окрестностях белой дыры оно должно претерпевать интенсивное фиолетовое смещение.
2. На ранней стадии развития Вселенной, когда вещество и излучение были сжаты до сверхвысоких плотностей в малом объеме, вокруг потенциальной белой дыры должны были концентрироваться мощные сгустки высокоэнергетического излучения с сильным фиолетовым смещением.
3. Если это так, то подобная невероятная энергия заключенная в невероятно же малых объемах, неминуемо привела бы к тому, что вокруг зарождающейся белой дыры сразу же сформировалась бы черная дыра, которая навсегда скрыла “белую” под своим горизонтом событий.

Впрочем, шанс на образование белой дыры все-таки есть.

Как показал К. Лэйк из университета г. Торонто, если процесс образования белой дыры чуть-чуть задержится и начнется не во время Большого взрыва (как считал Эрдли), а сразу после него, то шанс не создать черную дыру и не быть тут же ей поглощенной, все-таки есть. Правда и тут есть оговорки.

Лэйк рассмотрел три возможности:

• Некоторые белые дыры, вновь коллапсируя, превращаются в черные дыры
• Часть белых дыр расширяется далеко за пределы сферы Шварцшильда, и сегодня мы не можем уже считать их белыми дырами
• Некоторые локальные неоднородности, возникшие в процессе Большого взрыва, не перешли границу шварцшильдовского радиуса и все время оставались наблюдаемыми космическими объектами.

Вот этот третий частный случай нам и интересен. Правда, согласно расчетам Лэйка, для дыр третьего типа такое излучение должно испытывать сильнейшее красное смещение, вследствие чего эти источники должны иметь вид тусклых красноватых точек, а не эффектных катастрофических взрывов.

То есть, если белые дыры и существуют, то они неотличимы от черных дыр, а некоторые другие ученые, в том числе и Пенроуз, считают, что белые дыры вообще невозможны, так как они нарушают “принцип космической цензуры”: ведь их сингулярность, по крайней мере в принципе, можно наблюдать!

Белые дыры: невероятные антиподы черных дыр

Черные дыры — одни из самых загадочных объектов Вселенной. Эти необычные области считаются коллапсирующими ядрами мертвых звезд и широко известны за свою способность удерживать любую материю за счет мощнейшего гравитационного притяжения. Насколько астрономам известно на сегодняшний день, черные дыры так плотны и массивны, что ничто не может покинуть их горизонт событий. Однако они — вовсе не единственная разновидность космических «дыр».

Безмассовая сингулярность

Допустим, что вы пытаетесь создать математическую модель, описывающую пространство-время вокруг черной дыры. В какой-то момент вы берете и просто… вычитаете всю массу, всю реально существующую материю, из расчетов. То, что в итоге останется в уравнении, известно теоретикам как «белая дыра», или безмассовая сингулярность.

Как следует из названия и как многие уже наверняка догадались, белая дыра — это антипод черной. Впервые ее концепция появилась в 1970-х, и астрофизики не устают играть с ней по сей день.

Если горизонт событий черной дыры препятствует тому, чтобы даже свет достиг скорости отрыва, у белой эта область является абсолютным, непроницаемым щитом. От черной дыры невозможно убежать, а в белую невозможно проникнуть. Черная дыра поглощает вещество, белая — извергает его. Если представить себе существование такого объекта в реальном мире, то это будет невероятно яркий объект, излучающий энергию в космос с чудовищной силой.

Наука

Парад планет 2020: что, где, когда, как и почему?

До сих пор астрономы еще ни разу не наблюдали белую дыру. Некоторые физики считают, что в реальном мире такие объекты не могут существовать по определению, поскольку тому есть ряд причин.

Первая и самая основная — механизм формирования. У нас уже есть правдоподобные модели возникновения черных дыр, пускай это и просто гипотезы. Однако для возникновения белой дыры необходима буквальная перемотка времени, а это граничит с научной фантастикой. По факту, объект должен начаться с сингулярности и двигаться в обратном направлении, пока не соберется обратно в звезду. Это потребовало бы уменьшения энтропии, что грубо нарушает второй закон термодинамики.

С сингулярностью все тоже не так просто. Единственный способ установить наличие сингулярности — это определить ее физические координаты во Вселенной. Иными словами, конкретный участок космоса должен изначально сформироваться с готовым шаблоном в виде сингулярности. Астрофизик Карен Мастерс поясняет, что до сих пор у ученых не было повода считать, что подобное «шаблонное» формирование Вселенной вообще имело место быть.

Когда миф становится явью

Но давайте на секунду представим себе, что белая дыра все же возникла в реальном мире. Согласно математическим уравнениям, внутри нее в пространстве-времени не может быть материи, в том числе и черной дыры. То есть, не важен даже размер этой материи: как только она каким-то образом попадает в указанную область пространства, сам факт существования в этой области белой дыры становится невозможным. А материи в космосе много. Иными словами, если белая дыра и рождается во Вселенной, то существует весьма непродолжительное время. И если предположить, что такие дыры были в мире изначально, с момента его зарождения — то они были бы уничтожены за миллиарды лет до того, как в глубинах первичного океана Земли появился хотя бы намек на жизнь.

Так что сегодня белые дыры существуют лишь на бумаге. Впрочем, стоит отметить, что и черные дыры до недавнего времени также были лишь красивой теорией. Фактически, ученые даже нашли во Вселенной явление, которое можно объяснить существованием белых дыр. Имя ему — гамма-всплеск. Это одно из самых ярких и высокоэнергетических событий в космосе, во время которого за 10 секунд излучается больше энергии, чем наше Солнце способно породить за 10 миллиардов лет!

Гамма-всплески сопровождаются остаточным свечением, указывающим на то, что это результат взрыва звезды. В 2020 году астрономам даже повезло наблюдать такой всплеск, вызванный столкновением двух нейтронных звезд. Это опровергло ряд гипотез — несколькими годами ранее ученые предполагали, что источником гамма-всплесков служат пресловутые белые дыры. Однако в процессе обсуждения родилась довольно смелая, но более реалистичная идея: что, если Большой взрыв был на самом деле просто сверхмассивной белой дырой?

Существует и еще одна интересная гипотеза, согласно которой белая дыра — это конечная стадия развития дыры черной. Вероятно, мы не наблюдаем их лишь потому, что наша Вселенная довольно молода, и еще ни одна черная дыра не успела «состариться» в достаточной степени. Но, как бы то ни было, энтузиазм астрономов не утихает, и они продолжают искать среди бескрайних просторов космоса следы, указывающие на присутствие этих феноменальных явлений.

Все-таки белых дыр в космосе не существует?

В итоге, можно сделать вывод: хотя теория белых дыр в космосе красива и интересна, на самом деле никаких белых дыр в природе, по-видимому, нет. А даже если они и есть, то в лучшем случае это слабые, едва видимые объекты, а в худшем — они ни чем не отличаются от черных дыр.

Маловероятно, что белые дыры представляют собой яркие, эффектные источники вещества и энергии, с помощью которых нам удалось бы объяснить загадку гигантской светимости квазаров или, как предлагают некоторые авторы, определенных типов сверхновых звезд.
Список источников литературы

Ученые обнаружили во Вселенной «Белую Дыру» — антипод «Черной

Тайна созвездия Индейца

На роль самого экзотического объекта во Вселенной — так называемой «Белой Дыры», полного антипода Черной Дыры — предложена рентгеновская вспышка, получившая обозначение GRB 060614. Она была замечена почти 5 лет назад — 14 июня 2006 года — в созвездии Индейца. Ее источник находился в 1,6 миллионах световых лет от нас. Рентгеновские вспышки или, иначе, гамма-всплески (gamma-ray bursts — GRB) отнюдь не самые редкие события во Вселенной. О них известно с 1969 года. Вспышки классифицируют и делят на два вида — короткие и долгие. Продолжительность первых — от ничтожных долей секунды до нескольких секунд. Вторые -«затягиваются» на десятки секунд, а то и на десятки минут. Как полагают ученые, источниками коротких вспышек становятся нейтронные звезды, которые сливаются друг с другом или с Черными Дырами, образуя новые Черные Дыры. Долгие вспышки возникают в результате «схлопывания» массивных звезд — опять же в процессе их превращения в Черные Дыры. Специальные космические обсерватории — Hubble и Swift — регистрируют и те, и другие. Вспышку в созвездии Индейца нельзя было причислить к известным видам. Она длилась 102 секунды. Вроде бы долгая. Но сначала нечто полыхнуло импульсом длительностью в 5 секунд. Это — из разряда коротких. Короткие всплески наблюдались и позднее. Иными словами, вспышка GRB 060614 представляла собой некий — не известный науке — гибрид долгой и короткой. И не являлась, как сначала предполагали, массивной сверхновой. Ведь ничего похожего после вспышки обнаружено не было. На ее месте вообще ничего не было.

Созвездие Индейца, в котором возникла гамма-вспышка

Вспышка GRB 060614, снятая телескопом Hubble. На левом снимке, сделланном через несколько дней не видно никакой сверхновой.

За пять лет, прошедших с момента обнаружения феномена, объяснений ему так и не нашлось. Это — загадка, — признавались ученые. И вот недавно Алон Реттер (Alon Retter) из Пенсильванского государственного университета (Department of Astronomy and Astrophysics at the Pennsylvania State University (USA) с коллегами предложили разгадку странной вспышки. Мол, она — это взрыв «Белой Дыры».

На пустом месте

Существует теория, согласно которой, «Белая Дыра» — это полный антипод Черной Дыры. И если последняя все всасывает, то первая, наоборот, ничего не пускает внутрь. Из нее все вылетает. И по одной из гипотез, «Белая Дыра» это обратная сторона Черной Дыры. А вместе они — это выход и вход тоннеля, соединяющего какие-нибудь удаленные друг от друга части Вселенной. Некоторые — вполне серьезные ученые — полагают, что сквозь эти объекты можно перемещаться на колоссальные расстояния. А то и попадать в иное время. По теории, «Белая Дыра» возникает посреди пустоты на очень короткое время. А потом исчезает, стрельнув излучением и веществом. Не исключено, что как раз от этого, на месте вспышки GRB 060614, ничего не удалось увидеть. Реттер с коллегами полагают, что возникнув, «Белая Дыра» мгновенно распадается — со вспышкой. А сам этот процесс напоминает Большой Взрыв (Big Bang), породивший нашу Вселенную. Только в сильно уменьшенном масштабе. Small Bang — так назвали его ученые.

Гамма-обсерватория Swift сначала засекла вспышку GRB 060614 грубо…

…Потом навела на нее более точные инструменты. Объект наблюдали с Земли и с помощью космического телескопа Hubble. Снимок NASA/Swift Team

Проход открыт

Кто знает, вдруг «Белые Дыры»существуют на самом деле. Более того, являются выходами из тоннелей в пространстве. И странные вспышки вроде этой — GRB 060614 — действительно сопровождают их появление. Тогда почему бы не предположить, что представители неких высокоразвитых цивилизаций научились использовать это для своих перемещений по Вселенной. Или даже научились прокладывать тоннели целенаправленно. Как в культовом сериале «Вавилон-5». Просто в кино процесс образования входа-выхода выглядел скромно — без особых «спецэффектов». А в реальной — инопланетной жизни — не обходится без мощнейших рентгеновских вспышек, заметных с расстояния в миллионы, а то и в миллиарды световых лет.

В фильме «Вавилон-5» летали сквозь проходы во Вселенной

Кстати, еще в 1986 году американский астроном Харрис предположил, что гамма-вспышки — и долгие, и коротки — это результат движения звездолетов, работающих на антиматерии. А гамма-кванты появляются при аннигиляции антивещества с нашим — обычным. Звездолет, получая энергию для движения, время от времени производит такие взрывы. Харрис даже попытался проследить серии гамма-вспышек, лежащих на одной линии. Уверял, что это — траектория движения инопланетного корабля. Ученый насчитал аж 134 таких траектории — дескать движение во Вселенной весьма оживленное. Однако коллеги прохладно отнеслись к его выкладкам. Ныне загадки, конечно, остаются. Что точно вспыхивает в космосе до конца не известно. Может быть видны природные катаклизмы. Или «выхлопы» двигателей космических дальнобойщиков. Или мощнейшие гамма-всплески свидетельствуют о том, что для путешественников открываются проходы сквозь пространство и время.

О перспективах создания звездолетов на антиматерии читайте Астрофизики не считают фильм «Аватар» фантастическим https://www.kp.ru/daily/24428/597787/

Пространственные аномалии в космосе

Черная дыра представляет собой:

• Участок во времени и пространстве с аномально высокой плотностью;
• Массивный объект с непреодолимой для света силой притяжения;
• Ловушку, орбиту которой не могут покинуть даже фотоны света;
• Настоящий кошмар для любого астронавта.

Белая дыра, соответственно:

1. Является объектом, в который невозможно попасть из другого участка пространства;
2. Противоположна по самой концепции черной дыре;
3. Прототип Большого взрыва;
4. Не существует в реальности.

Это интересная концепция, которую можно обсудить не только в научном кругу, но и за стойкой бара. Вопросы возникновения пространства и времени – благодатная тема для спорщиков. Ведь никто из ныне живущих людей, скорее всего, не получит подтверждения своим мыслям и идеям на этот счет. Но появляется возможность прикоснуться к чему-то великому, а быть может – угадать истину.

Где именно находятся черные и белые дыры во Вселенной и как они могут повлиять на жизнь человека? Белые – в воображении, черные – в центре далеких галактик. Влияния никакого, но прогресс ведь не должен стоять на месте, вдруг что интересное придумают.