Белая дыра: загадка на теле Вселенной

Если про черные дыры слышали все и примерно понимают, что при встрече с ними абсолютно точно наступит конец всего живого, то об их антиподах, белых дырах, слышало гораздо меньше людей. Что это такое - рассказываем подробнее.                                    





Смотреть все фото в галерее
 


Что это такое?    
×


Итак, Белая дыра - это гипотетический объект во Вселенной. Если черную дыру мы уже даже сфотографировали, то прямых доказательств, что белые дыры существуют, у нас все еще нет. Все наши знания об этом объекте сугубо теоретические и основываются на предположениях и математических расчетах. Большинство физиков и вовсе убеждены, что таких объектов нет, но общая теория относительности в целом, предсказывает их.    


Впервые о существовании такого объекта заговорил физик-теоретик Игорь Новиков. В 1960-х он, исходя из общей теории относительности пришел к выводу, что в космосе должны быть объекты, противоположные черным дырам.
Для того, чтобы объяснить, как работают белые дыры, нужно вернуться к объяснениям того, что же такое черные дыры.
Черные дыры образуются тогда, когда центр умирающей звезды падает на себя. Вся огромная масса вдавливается в бесконечно малый объем, и гравитация раздувается до таких размеров, что избежать ее не может даже свет. Поэтому радиус черной дыры называют гравитационным. А еще горизонтом событий.
И если в этот самый горизонт событий попадает хоть что-нибудь, назад оно уже не вырвется. Гравитация затянет любой объект в черную дыру, и там разорвет его на элементарные частицы.
Согласно теории, после этого атомы из черной дыры попадают в белую, и после этого вылетают от нее. Но уже в другой вселенной. И тут важно понимать, что они мало того, что просто вылетают, они еще и попадают и будущего в прошлое. То есть мы приходим к тому, что белая дыра - это обращенная во времени черная дыра.
Но как так получилось, что мы их не видим? Ученые считают, что белые дыры слишком нестабильны. В них постоянно появляется материя, и в итоге гравитационные силы растут, а в какой-то момент схлопывают объект, превращая его в черную дыру.
Вероятно, сейчас все белые дыры, которые появились после возникновения Вселенной, уже мертвы, и потому мы их и не видим.    


Ко всему прочему, если говорить о том, как связаны черные и белые дыры, то можно вспомнить о кротовых норах, о которых мы уже писали. Например, открытая в 1935 году червоточина первого типа (Шварцшильда), которая опирается на общую теорию относительности, состоит из черной дыры, белой дыры и двух отдельных миров, связанных на их горизонтах событий через червоточину.
Решение Шварцшильда имеет два действительных уравнения - положительный и отрицательный корень. При отрицательном корне черная дыра движется назад во времени, то есть по сути представляет собой белую дыру.
Поэтому-то они и могут стать этакими машинами времени. То есть при определенных условиях соединять две точки во времени вместо двух точек в пространстве. В таком случае, запуская, например, космический корабль в черную дыру, мы можем зафиксировать его в прошлом (если это вообще возможно).
 


Наблюдения    


В 2006 году был зафиксирован всплеск гамма-излучения. Его источнику присвоили номер GRB060614. Гамма-излучения такого вида происходят тогда, когда формируются черные дыры, и их можно разделить на два типа. Длинные вспышки длятся примерно 2 секунды и случаются в результате превращения массивных звезд в черные дыры. Короткие же длятся меньше секунды, и происходят после столкновения нейтронных звезд.
Эта вспышка была аномальной. Она длилась более 100 секунд, и никаких черных дыр не образовалось. Тогда астрофизики Шломо Хеллер и Алон Реттер предположили, что именно белая дыра могла быть источником этого гамма-излучения. То есть если мы всерьез говорим о белых дырах, то, вероятнее всего, произошел выброс вещества из черной дыры, которое находилось за горизонтом событий. То есть произошло явление обратное тому, что происходит внутри черной дыры.    


Шломо Хеллер    
 


При чем тут темная материя?    


В 2018 году физики-теоретики Карло Ровелли и Франческа Видотто предполагают, что большая часть темной материи может состоять из белых дыр. Свои исследования они проводили на основе гипотезы астрофизика Джейн Макджиббон, которая говорила, что темная материя осталась от испарившихся черных дыр. А эти физики пришли к выводу, что это и есть белые дыры.
Речь идет именно о тех черных дырах, которые сформировались сразу после Большого взрыва. За 13,7 миллиарда лет существования Вселенной материя из них понемножку вытекла в виде излучения Хокинга. Достигнув планковских размеров (порядка 10-35 метра), они превратились в белые дыры.
В случае, если белые дыры и правда такие крошечные, они могут быть стабильными. Почему? А потому, что на микромасштабах гравитация не так важна. Там важны квантовые процессы.
А если учесть, что темная материя занимает 27% от всей Вселенной, при этом концентрируясь внутри галактик, то белые дыры могут быть и там. Но учитывая, что мы все еще не получили окончательных доказательств существования темной материи, остается лишь надеяться на будущие исследования.
 


Предшественники Большого взрыва    


Белые дыры, помимо всего прочего, могут объяснять, почему произошел Большой взрыв. Именно в тот момент откуда не возьмись появилось огромное количество вещества и энергии.
Это подтверждает и модель рождения нового мира внутри старой вселенной, которую представил в конце 80-х физик Алан Гут, автор теории инфляции.    


Если говорить развернуто, то можно допустить, что в космосе в какой-то момент возникает сингулярность - это такой участок, где очень высоки плотность материи и кривизна пространства.
В таком случае взрыв этой сингулярности и быстрое расширение, то есть инфляция, начинается с белой дыры, сильнейшим образом сминая пространство-время.
В итоге белая дыра увеличивается, со временем отделяясь от материнской вселенной, оставляя на своем месте черную дыру. А излучение Хокинга все приводит в порядок. И пока новый мир не отделился окончательно от старого, можно наблюдать его формирование и образование внутри звезд и галактик. Вполне может быть, что наш мир тоже появился таким образом.
 


Где их искать?    


Раньше считалось, что квазары могут быть белыми дырами. Квазары - это ярчайшие объекты в космосе, активные ядра галактик. Все те же Алон Реттер и Шломо Хеллер в 2011 году выдвинули теорию, что белые дыры могут появляться в космосе спонтанно, и, выбросив за раз всю материю, погибать.
То есть это не космические объекты, а этакие "окна" во Вселенной, которые существуют лишь несколько минут. И предсказать, где появится новое окно, невозможно.
Наиболее вероятными белыми дырами, по мнению этих ученых, могут быть гамма-всплески. Это сильнейшие взрывы с излучением высокоэнергетичных частиц, которые длятся минимум две секунды.
Следы гамма-излучений в настоящее время можно наблюдать в разных областях вселенной, в том числе в далеких-далеких галактиках. Если же такой всплеск произойдет рядом с нами, мы разом погибнем.    
 


Что это такое?    
Итак, Белая дыра - это гипотетический объект во Вселенной. Если черную дыру мы уже даже сфотографировали, то прямых доказательств, что белые дыры существуют, у нас все еще нет. Все наши знания об этом объекте сугубо теоретические и основываются на предположениях и математических расчетах. Большинство физиков и вовсе убеждены, что таких объектов нет, но общая теория относительности в целом, предсказывает их.    
Впервые о существовании такого объекта заговорил физик-теоретик Игорь Новиков. В 1960-х он, исходя из общей теории относительности пришел к выводу, что в космосе должны быть объекты, противоположные черным дырам.
Для того, чтобы объяснить, как работают белые дыры, нужно вернуться к объяснениям того, что же такое черные дыры.
Черные дыры образуются тогда, когда центр умирающей звезды падает на себя. Вся огромная масса вдавливается в бесконечно малый объем, и гравитация раздувается до таких размеров, что избежать ее не может даже свет. Поэтому радиус черной дыры называют гравитационным. А еще горизонтом событий.
И если в этот самый горизонт событий попадает хоть что-нибудь, назад оно уже не вырвется. Гравитация затянет любой объект в черную дыру, и там разорвет его на элементарные частицы.
Согласно теории, после этого атомы из черной дыры попадают в белую, и после этого вылетают от нее. Но уже в другой вселенной. И тут важно понимать, что они мало того, что просто вылетают, они еще и попадают и будущего в прошлое. То есть мы приходим к тому, что белая дыра - это обращенная во времени черная дыра.
Но как так получилось, что мы их не видим? Ученые считают, что белые дыры слишком нестабильны. В них постоянно появляется материя, и в итоге гравитационные силы растут, а в какой-то момент схлопывают объект, превращая его в черную дыру.
Вероятно, сейчас все белые дыры, которые появились после возникновения Вселенной, уже мертвы, и потому мы их и не видим.    
Ко всему прочему, если говорить о том, как связаны черные и белые дыры, то можно вспомнить о кротовых норах, о которых мы уже писали. Например, открытая в 1935 году червоточина первого типа (Шварцшильда), которая опирается на общую теорию относительности, состоит из черной дыры, белой дыры и двух отдельных миров, связанных на их горизонтах событий через червоточину.
Решение Шварцшильда имеет два действительных уравнения - положительный и отрицательный корень. При отрицательном корне черная дыра движется назад во времени, то есть по сути представляет собой белую дыру.
Поэтому-то они и могут стать этакими машинами времени. То есть при определенных условиях соединять две точки во времени вместо двух точек в пространстве. В таком случае, запуская, например, космический корабль в черную дыру, мы можем зафиксировать его в прошлом (если это вообще возможно).
 


Наблюдения    
В 2006 году был зафиксирован всплеск гамма-излучения. Его источнику присвоили номер GRB060614. Гамма-излучения такого вида происходят тогда, когда формируются черные дыры, и их можно разделить на два типа. Длинные вспышки длятся примерно 2 секунды и случаются в результате превращения массивных звезд в черные дыры. Короткие же длятся меньше секунды, и происходят после столкновения нейтронных звезд.
Эта вспышка была аномальной. Она длилась более 100 секунд, и никаких черных дыр не образовалось. Тогда астрофизики Шломо Хеллер и Алон Реттер предположили, что именно белая дыра могла быть источником этого гамма-излучения. То есть если мы всерьез говорим о белых дырах, то, вероятнее всего, произошел выброс вещества из черной дыры, которое находилось за горизонтом событий. То есть произошло явление обратное тому, что происходит внутри черной дыры.    
Шломо Хеллер    
 


При чем тут темная материя?    
В 2018 году физики-теоретики Карло Ровелли и Франческа Видотто предполагают, что большая часть темной материи может состоять из белых дыр. Свои исследования они проводили на основе гипотезы астрофизика Джейн Макджиббон, которая говорила, что темная материя осталась от испарившихся черных дыр. А эти физики пришли к выводу, что это и есть белые дыры.
Речь идет именно о тех черных дырах, которые сформировались сразу после Большого взрыва. За 13,7 миллиарда лет существования Вселенной материя из них понемножку вытекла в виде излучения Хокинга. Достигнув планковских размеров (порядка 10-35 метра), они превратились в белые дыры.
В случае, если белые дыры и правда такие крошечные, они могут быть стабильными. Почему? А потому, что на микромасштабах гравитация не так важна. Там важны квантовые процессы.
А если учесть, что темная материя занимает 27% от всей Вселенной, при этом концентрируясь внутри галактик, то белые дыры могут быть и там. Но учитывая, что мы все еще не получили окончательных доказательств существования темной материи, остается лишь надеяться на будущие исследования.
 


Предшественники Большого взрыва    
Белые дыры, помимо всего прочего, могут объяснять, почему произошел Большой взрыв. Именно в тот момент откуда не возьмись появилось огромное количество вещества и энергии.
Это подтверждает и модель рождения нового мира внутри старой вселенной, которую представил в конце 80-х физик Алан Гут, автор теории инфляции.    
Если говорить развернуто, то можно допустить, что в космосе в какой-то момент возникает сингулярность - это такой участок, где очень высоки плотность материи и кривизна пространства.
В таком случае взрыв этой сингулярности и быстрое расширение, то есть инфляция, начинается с белой дыры, сильнейшим образом сминая пространство-время.
В итоге белая дыра увеличивается, со временем отделяясь от материнской вселенной, оставляя на своем месте черную дыру. А излучение Хокинга все приводит в порядок. И пока новый мир не отделился окончательно от старого, можно наблюдать его формирование и образование внутри звезд и галактик. Вполне может быть, что наш мир тоже появился таким образом.
 


Где их искать?    
Раньше считалось, что квазары могут быть белыми дырами. Квазары - это ярчайшие объекты в космосе, активные ядра галактик. Все те же Алон Реттер и Шломо Хеллер в 2011 году выдвинули теорию, что белые дыры могут появляться в космосе спонтанно, и, выбросив за раз всю материю, погибать.
То есть это не космические объекты, а этакие "окна" во Вселенной, которые существуют лишь несколько минут. И предсказать, где появится новое окно, невозможно.
Наиболее вероятными белыми дырами, по мнению этих ученых, могут быть гамма-всплески. Это сильнейшие взрывы с излучением высокоэнергетичных частиц, которые длятся минимум две секунды.
Следы гамма-излучений в настоящее время можно наблюдать в разных областях вселенной, в том числе в далеких-далеких галактиках. Если же такой всплеск произойдет рядом с нами, мы разом погибнем.