Фантомы и химеры Вселенной. Выпуск 1: Белые дыры
Чёрная дыра засасывает всё. Ни свет, ни вещество — ничто не вырывается за горизонт событий.
Белая дыра выплёвывает всё. Ни свет, ни вещество — ничто не может в неё войти.
Это не фантастика. Это уравнения Эйнштейна — те же самые, которые предсказали чёрные дыры за полвека до их обнаружения. Уравнения общей теории относительности симметричны во времени: если чёрная дыра является решением, то белая — тоже решение, просто с обратным направлением стрелки времени.
Чёрные дыры мы нашли — сотни. Их фотографировали, взвешивали, слушали их гравитационные волны. Белых дыр не нашли ни одной.
Хотя должны были. Если верить тем же уравнениям.
Почему — никто не знает. И это один из самых неудобных вопросов современной физики.
Зеркало на краю времени
Чтобы понять белую дыру, достаточно одного образа. Возьмите фильм о падении камня в чёрную дыру и прокрутите назад. Камень не падает — он вылетает. Горизонт событий работает в обратную сторону: это не точка невозврата, а точка невхождения. Вы можете улететь от белой дыры, но не можете к ней приблизиться.
Это не поэтическая метафора — это строгая математика. Когда в 1916 году Карл Шварцшильд нашёл первое точное решение уравнений Эйнштейна, описывающее чёрную дыру, в этом же решении неявно присутствовала белая. Максимальное расширение — так называемое решение Крускала–Секереша — содержит четыре области пространства-времени. Две из них — чёрная дыра и белая дыра. Физики просто долго не обращали на это внимания.
Объект без входа, только с выходом. Идеальный парадокс.
Три версии молчания
Почему мы не видим белых дыр — при том что уравнения их допускают?
Версия первая: они нестабильны. Любое вещество, которое попадает в окрестности белой дыры снаружи, немедленно дестабилизирует её горизонт. Белая дыра — это решение для идеально пустого пространства. Наша Вселенная не идеально пустая. Реальная белая дыра при малейшем контакте с внешним веществом схлопывается в чёрную — почти мгновенно.
Версия вторая: они крошечные и живут долго. Петлевая квантовая гравитация даёт неожиданное предсказание. Чёрная дыра не испаряется бесследно. Когда она сжимается до планковского масштаба, квантовые эффекты останавливают коллапс и запускают «отскок». Чёрная дыра превращается в белую — крошечную, почти невидимую, живущую очень долго. Такие объекты могут прямо сейчас заполнять Вселенную — и мы их никогда не обнаружим прямыми наблюдениями.
Версия третья: мы уже видели, но приняли за другое. Некоторые короткие гамма-всплески — мощнейшие вспышки во Вселенной, длящиеся меньше секунды — не вписываются в стандартные модели. Один из объяснений, которые физики рассматривают всерьёз: это вспышки испаряющихся планковских белых дыр. Данные не противоречат. Но и не подтверждают — пока.
Пока счёт три версии — ноль ответов.
Что если: незваный гость на орбите Марса
Представьте: телескопы фиксируют новый объект. Масса — примерно как у Луны. Размер — несколько километров. Орбита — между Марсом и Юпитером. Гравитационное поле — нормальное, предсказуемое. Но вещество из объекта вырывается наружу. Постоянно. Без видимого источника энергии.
Это белая дыра.
Окрестности объекта мгновенно становятся смертоносными. Белая дыра не выбирает, что выплёвывать: гамма-лучи, частицы высоких энергий, обычное вещество — всё, что когда-то упало в её «пару», чёрную дыру на другом конце пространства. Любой зонд, посланный на сближение, будет уничтожен задолго до подлёта.
Приблизиться не получится в принципе. Горизонт отбрасывает всё входящее — как невидимая стена. Объект можно только наблюдать издалека, не понимая, что происходит внутри.
На Земле поначалу — тревога, но не катастрофа. Объект далеко, радиация до нас не достаёт, орбита Земли не затронута. Астрономы работают круглосуточно. В этом гипотетическом сценарии человечество впервые столкнулось бы с объектом, который нельзя изучить напрямую — только наблюдать.
Но время играет против нас. Гравитационные возмущения медленно перекраивают пояс астероидов. За тысячи лет часть из них изменит орбиты и двинется во внутреннюю Солнечную систему. Не завтра и не через век — но неизбежно.
А если белая дыра окажется нестабильной и схлопнется — выброс энергии в момент коллапса может быть сопоставим с гамма-всплеском. На расстоянии от Марса до Юпитера это не уничтожит Землю. Но озоновый слой — под вопросом.
Мы никогда не узнаем, что у неё внутри. Горизонт пропускает только наружу.
Белая дыра — это один конец. Выход без входа. Но физики давно задаются вопросом: а что если вход есть — просто в другом месте пространства? Что если два горизонта — чёрный и белый — соединены туннелем?
В следующем выпуске — кротовые норы.
**********
Я не учёный — просто люблю читать тех, кто им является. Все факты проверены по научным источникам, открытые вопросы названы открытыми. Нашли ошибку — пишите в комментарии, буду благодарен.
Пишу о вещах, после которых по-другому смотришь на мир вокруг. Если это ваше — кнопка подписки рядом.
**********
Источники:
- Kruskal M.D. «Maximal Extension of Schwarzschild Metric», Physical Review, 119 (1960)
- Rovelli C., Vidotto F. «Planck stars», International Journal of Modern Physics D, 23 (2014)
- Hajicek P., Kiefer C. «Singularity avoidance by collapsing shells in quantum gravity», International Journal of Modern Physics D, 10 (2001)
Barrau A. et al. «Planck star phenomenology», Physics Letters B, 739 (2014)
**********
#белыедыры #квантоваягравитация #чёрныедыры #физика #ОТО #наука #научпоп #фантомыихимеры #космос #астрофизика