Добрі близнюки чорних дір: що таке білі діри і в якому Всесвіті вони мешкають

Білі діри — це близнюки всім відомих чорних дір, які функціонують у протилежний спосіб, ніж їхні побратими. Точно так само, як ніщо не може вибратися з чорної діри, ніщо не може увійти в білу діру.

Тривалий час вважалося, що білі діри — це плід загальної теорії відносності, народжений з тих самих рівнянь, що й самі чорні діри. Однак нещодавно деякі теоретики почали шукати відповіді на запитання, чи можуть ці близнюки виявитися двома сторонами однієї й тієї ж монети.

Для екіпажу космічного корабля, що спостерігає здалеку, біла діра виглядатиме, так само як чорна діра. У неї є маса. Вона може обертатися. Навколо горизонту подій — межі, яка відокремлює об'єкт від решти Всесвіту, може перебувати кільце пилу і газу. Але якщо екіпаж продовжить спостерігати, то може стати свідками події, неможливої для чорної діри — її відрижки.

"Щойно біла діра виплюне щось на ваших очах, ви зможете впевнено сказати, що перед вами — не чорна діра", — каже фізик-теоретик із Центру теоретичної фізики у Франції Карло Ровеллі.

Він описує білу діру як "тимчасову інверсію" чорної діри, ніби відео чорної діри програли задом наперед. Наприклад, подібно до того, як відскік м'яча є тимчасовою інверсією м'яча, що падає.

Таким чином виходить, що горизонт подій чорної діри — це точка, за яку ніщо не може вийти, а горизонт подій у білої діри — це межа, через яку ніщо не може зайти.

При цьому об'єкти, які опинилися всередині білої діри, можуть її покинути — бути виплюнутими назовні. Але оскільки ніщо не може потрапити всередину білої діри, її інтер'єр відрізаний від минулого Всесвіту: жодна зовнішня подія ніколи не вплине на внутрішній простір білої діри.

Теорія про близнюків: чорну та білу діри

Рівняння поля Ейнштейна або рівняння гравітаційного поля впали на фізику як цунамі в 1915 році, і теоретики досі розбираються в цьому бардаку. Крім опису гравітаційних сил, його гіпотези також несли з собою парадигматичне повідомлення про природу реальності. Наприклад, про те, що простір і час гнуться і складаються разом із масою зірок і планет. Це надихнуло інших фізиків-теоретиків на розрахунки того, наскільки сильно простір може спотворюватися під дією речовини, що дрейфує в ньому.

Через рік фізик і астроном Карл Шварцшильд знайшов перше точне розв'язання рівнянь Ейнштейна, розрахувавши, як простір-час згинається навколо однієї кулі маси. У його відповіді ховалося насіння того, що сьогодні фізики називають кільцеподібною сингулярністю — сферична маса, стиснута до нескінченно щільної точки, так щільно обвиває простір навколо неї, що ця область відрізається від решти всесвіту. Це утворює "нічийну землю", горизонт подій якої руйнує зв'язок між причиною і наслідком.

Чорні діри, найвідоміші сингулярності, являють собою області простору настільки викривлені, що з них не існує виходу. Зовнішній всесвіт може впливати на внутрішній бік горизонту чорної діри, але внутрішнє не може вплинути на зовнішнє.

Коли математик Мартін Девід Крускаль 1960 року розширив опис чорної діри Шварцшильда на всі області простору і часу, його нова картина містила того самого "близнюка" чорної діри, хоча він тоді не усвідомив її значення. Пізніше, коли чорні діри стали загальновідомими, з'явився природний термін для їхніх теоретичних близнюків.

"На розуміння чорних дір пішло 40 років, і тільки нещодавно люди стали зосереджувати увагу на білих дірах", — каже Ровеллі.

Білі діри — що це таке

Білі діри виникають із рішень теорії загальної теорії відносності, розроблених Карлом Шварцшильдом 1916 року, лише за рік після публікації теорії, каже професор Університету Сіднея, що спеціалізується на гравітаційному лінзуванні Герейнт Льюїс.

Шварцшильд був тим, хто записав математичні рівняння, що описують чорні діри у Всесвіті як повністю колапсовані об'єкти. Йому довелося зробити вибір, оскільки в загальній теорії відносності немає нічого, що б вказувало на напрямок руху часу.

Ви можете налаштувати годинник у певному напрямку, і це дає вам цей образ, де речі падають у чорну діру. Саме це створює тяжіння гравітації. Але ви також можете вибрати протилежний напрямок руху часу й отримати зворотний ефект. Так що, крім чорної діри, рівняння Шварцшильда також дає нам білу діру, просто змінюючи спосіб, як працює час.

У чому різниця між чорними та білими дірами

Якщо описати ситуацію дуже простими словами, то біла діра є протилежністю чорної діри. У чорній дірі є інтенсивне гравітаційне поле, яке притягує речі, і є така одностороння мембрана, яка називається горизонтом подій. Абсолютно все, що перетне горизонт подій, включаючи навіть світло, більше ніколи не зможе вибратися назовні.

Водночас біла діра нескінченно викидає матеріал. У білої діри також є горизонт подій, який може перетнути тільки матеріал, що викидається назовні самою білою дірою. Фактично це означає, що ви ніколи не зможете потрапити всередину білої діри.

Чи є докази існування білих дір

Відповідь — ні, насправді. Є спекуляції на тему деяких дивних речей у Всесвіті, які можуть мати ознаки білих дір. Але немає жодного космічного об'єкта, на який ми могли б указати й сказати: "Так, ми знайшли білу діру".

Можливо, це пов'язано з напрямком плину часу, де можуть існувати лише чорні діри. Наприклад, деякі вчені вважають, що Всесвіт асиметричний і почався з Великого вибуху, у нього нескінченне майбутнє. У такому разі встановлюється односпрямований перебіг часу, в якому просто не може існувати білих дір.

Які ознаки існування білих дір

Дослідники вважають, що необхідно шукати місце в космосі, де матеріал буде викидатися з неймовірно великою швидкістю. Такі вчені, як Роджер Пенроуз, вважають, що біла діра — це вихід із чорної діри, але в іншому Всесвіті. Таким чином, матеріал падає в чорну діру в одному Всесвіті, а викидається в іншому Всесвіті через білу діру.

За матеріалами Space.com.