Черные дыры долгое время были в центре внимания как небесные объекты, из которых ничто, даже свет, не может вырваться. Однако физики-теоретики предлагают менее изученный, но не менее увлекательный аналог: белую дыру.
В отличие от черных дыр, которые притягивают материю, белые дыры должны ее отталкивать.
Что такое белые дыры?
В астрофизике белая дыра представляет собой теоретическое явление, при котором материя и свет выходят из определенной области пространства, а не втягиваются в нее. Это полная противоположность черной дыре.
Возможно, вы уже знаете, что черная дыра - это область в космосе, где гравитация настолько сильна, что скорость вылета превышает скорость света, что делает невозможным выход света.
Скорость убегания/ вторая космическая скорость - это скорость, с которой должен двигаться объект, чтобы вырваться из гравитационного поля планеты, например Земли, и устремиться в космос.
Теоретическая основа белых дыр
Идея белой дыры уходит корнями в решение проблемы черных дыр Шварцшильда, названное так в честь немецкого физика и астронома Карла Шварцшильда, который сформулировал его в ответ на общую теорию относительности Эйнштейна.
Когда Шварцшильд составлял уравнения, описывающие черные дыры, он обнаружил, что белые дыры могут существовать по тем же законам физики, которые управляют черными дырами.
Расширение его решений для черных дыр с помощью инварианта обращения времени превратило сингулярность черной дыры в сингулярность белой дыры - область, которая выбрасывает материю, а не втягивает ее.
В контексте физики инвариантность времени означает воображение сценария, в котором время течет вспять, обращая последовательность событий.
Решение уравнений Эйнштейна, предложенное Шварцшильдом, описывает точечную сингулярность, окруженную горизонтом событий.
Общая теория относительности Эйнштейна
Общая теория относительности Эйнштейна - это теория гравитации, описывающая ее не как силу, действующую между объектами, как теория Ньютона, а как искривление пространства и времени, которое вызывают масса и энергия.
Согласно общей теории относительности, планеты, звезды и другие массивные объекты искривляют пространство вокруг себя, и это искривление пространства мы воспринимаем как гравитацию.
По сути, объекты движутся вдоль этих изгибов пространства, вот почему, например, Земля вращается вокруг Солнца.
Что такое точечная сингулярность?
Точечная сингулярность - это место в пространстве, где определенные величины (например, плотность или гравитация) становятся бесконечно большими.
Проще говоря, это как точка, где все, что мы можем себе представить во всей Вселенной - включая сами законы физики - разрушается, потому что все сжимается в невообразимо крошечное пространство.
Физики часто используют это понятие для описания ядра черной дыры, где вся ее масса сосредоточена в одной точке.
Что такое горизонт событий?
Горизонт событий - это, по сути, граница вокруг черной дыры, за которую ничто не может выйти - даже свет.
Подумайте об этом как о точке невозврата: если что-то пересекает эту границу, оно втягивается в черную дыру без шансов выбраться. Таким образом, горизонт событий является внешним слоем черной дыры, определяющим предел, где ее гравитационное притяжение становится слишком сильным, чтобы что-либо могло вырваться наружу.
Как теоретизировал Шварцшильд, в любопытном случае обращения времени вспять, например в белой дыре, этот горизонт событий становится границей, от которой материя и свет могут только "убежать", но не быть поглощенными.
Квантовые представления о белых дырах
Если рассматривать белые дыры как концепции в области классической и квантовой гравитации, то эти идеи расширяются еще больше.
Квантовая механика, наряду с теориями квантовой гравитации, предсказывает такие явления, как излучение Хокинга, когда черные дыры испускают излучение из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий.
Некоторые ученые предполагают, что, если применить к этим процессам обращение времени вспять, белые дыры могут аналогичным образом испускать материю и свет как физический процесс, зеркально отражающий излучение Хокинга.
Существуют ли белые дыры?
Вопрос о том, существуют ли белые дыры, сопряжен с трудностями. Никакие данные наблюдений напрямую не подтверждают существование таких объектов в наблюдаемой Вселенной.
Однако теоретическая физика предлагает сценарии, в которых белые дыры теоретически могут появиться. Один из вариантов - во время космической инфляции, или "большого взрыва", в ранней Вселенной, когда экстремальное расширение могло растянуть области пространства-времени и создать белые дыры.
Другой интригующей идеей является теория большого отскока, которая предполагает, что наша Вселенная началась как белая дыра, образовавшаяся из остатков разрушающейся родительской Вселенной.
Петлевая квантовая теория гравитации
Эндрю Гамильтон, астрофизик, предполагает, что если белые дыры существуют, то они могут быть остатками сверхмассивных черных дыр, которые претерпели квантовую гравитационную трансформацию, поменяв свою роль с поглощения на выброс массы и энергии. Эта теория называется петлевой квантовой гравитацией.
Потенциально такая трансформация может происходить под воздействием темной энергии или темной материи, которые, как известно, влияют на Вселенную. Однако у физиков до сих пор нет четкого понимания того, как темная материя взаимодействует с фундаментальными частицами.
Связь с другими теоретическими рамками
Изучение концепции белых дыр затрагивает несколько других областей физики. Например, гравитационное линзирование - явление, при котором свет искривляется вокруг массивных объектов, таких как черные дыры, - может аналогичным образом применяться к белым дырам, изменяя наше восприятие пространства за ними.
Кроме того, идея детской вселенной, которая может родиться из внешних слоев родительской вселенной через белую дыру, тесно связана с теорией мультивселенной, предполагая, что наша вселенная может быть лишь одной из многих.
Белые дыры также бросают вызов нашему пониманию теплового равновесия во Вселенной.
Поскольку они излучают, а не поглощают энергию и материю, теоретически они могут служить космическими семенами, рассеивая плотность энергии и фундаментальные частицы по всей Вселенной, тем самым влияя на формирование и эволюцию галактик способами, кардинально отличающимися от черных дыр.
Прикоснитесь к тайнам прошлого, настоящего и будущего - подписывайтесь на канал!