Белая дыра: происхождение гипотетической особенности Вселенной
Считающиеся противоположностью черных дыр, белые дыры - это загадочные образования Вселенной, в которые нельзя проникнуть извне, но из которых могут выходить свет и материя.
.
Белые дыры - редкая и фантастическая особенность Вселенной. Эти загадочные образования считаются противоположностью черных дыр, поскольку черные дыры не позволяют ничему выходить за пределы своей поверхности, в то время как белые дыры позволяют свету и материи выходить, но ничто не может войти в них. Возможное решение законов общей теории относительности: белые дыры должны существовать, если вечные черные дыры существуют, как гласит закон. Таким образом, по сути, это обратная по времени черная дыра.
Считается, что они обладают гравитацией, чтобы притягивать объекты, но все, что имеет белую дыру, никогда бы не достигло ее. Кроме того, решение уравнений поля Эйнштейна с областью черной дыры в будущем будет иметь белую дыру в прошлом.
Хотя для черных дыр, образующихся в результате гравитационного коллапса, такой области не существует, и неизвестны физические процессы, в результате которых могло бы произойти образование белой дыры. Хотя информация и доказательства, связанные с белыми дырами, остаются спорными, GRB 060614 2006 года был предложен в качестве первого документального подтверждения белых дыр.
Белые дыры обладают свойствами, подобными свойствам черных дыр
.
Белые дыры обладают свойствами, аналогичными черным дырам, такими как заряд, угловой момент и масса. Они, вероятно, притягивают материю, подобно любой другой массе, но объекты, падающие к белой дыре, могут никогда не достичь ее горизонта событий (хотя в случае максимально расширенного решения Шварцшильда горизонт событий белой дыры в прошлом превращается в горизонт событий черной дыры в будущем, в результате чего любой объект, падающий к ней, достигает горизонта черной дыры).
В квантовой механике черная дыра Хокинга испускает излучение и может прийти в тепловое равновесие с газом излучения. Поскольку состояние теплового равновесия является инвариантным во времени, Стивен Хокинг утверждал, что время, обратное черной дыре в тепловом равновесии, - это снова черная дыра в тепловом равновесии. Это может означать, что черные дыры и белые дыры - это одни и те же сущности. Излучение Хокинга от обычной черной дыры в таком случае распознается с излучением белой дыры.
Когда впервые возникло правдоподобное существование белых дыр?
.
Возможное существование белой дыры было представлено российским космологом Игорем Новиковым в 1964 году. Предполагается, что белые дыры являются частью решения уравнений поля Эйнштейна (максимально расширенная версия метрики Шварцшильда), которые описывают вечную черную дыру без заряда и вращения.
"Максимально расширенное" относится к идее, что пространство-время не должно иметь никаких "краев" (для любой возможной траектории свободно падающей частицы в пространстве-времени частица должна иметь возможность продолжать свой путь произвольно далеко в будущее частицы, если только траектория не столкнется с гравитационной сингулярностью, подобной той, что находится во внутренней части черной дыры). Для этого, помимо внутренней области черной дыры, должна существовать отдельная внутренняя область белой дыры.
По отношению к стороннему наблюдателю, использующему координаты Шварцшильда, падающим частицам требуется бесконечное время для достижения горизонта черной дыры, который находится бесконечно далеко в будущем. В то время как вылетающие частицы, проходящие мимо наблюдателя, движутся наружу бесконечно долгое время с тех пор, как они пересекли горизонт белой дыры бесконечно далеко в прошлом. Доказательств существования белой дыры недостаточно. Черная дыра или белая дыра кажутся "вечными" с точки зрения внешнего наблюдателя.
.
Подобно тому, как существуют две отдельные внутренние области максимально расширенного пространства-времени, две отдельные внешние области (иногда называемые двумя различными "вселенными") также существуют во второй вселенной. Это помогает экстраполировать некоторые возможные траектории частиц в двух внутренних областях. В итоге, внутренняя область черной дыры может состоять из смеси частиц, падающих из любой вселенной, а частицы из внутренней области белой дыры могут вырваться в любую из вселенных.
Следует отметить, что максимально расширенная метрика Шварцшильда иллюстрирует идеализированную черную дыру/белую дыру, существующую вечно с точки зрения внешних наблюдателей. Более реалистичная черная дыра, формирующаяся в определенное время из коллапсирующей звезды, будет нуждаться в другой метрике. Когда падающая звездная материя включается в диаграмму истории черной дыры, часть диаграммы, соответствующая внутренней области белой дыры, удаляется. Но поскольку уравнения общей теории относительности обратимы во времени, общая теория относительности должна также допускать обращение во времени этого типа "реалистичной" черной дыры, образующейся из коллапсирующей материи.
С самого начала существования Вселенной существует обращенный во времени случай белой дыры, которая испускает материю, пока, наконец, не "взрывается" и не исчезает. Несмотря на то, что такие объекты допускаются в теории, физики не считают их серьезной темой, как в случае с черными дырами, поскольку никакие процессы естественным образом не привели бы к их образованию. И даже если бы они существовали, они должны были быть встроены в начальные условия Большого взрыва. (14.1)
Как далеко она продвинулась от 1980-х годов?
Предложенный впервые в конце 1980-х годов взгляд на черную дыру может быть понят как проливающий свет на природу классических белых дыр. Некоторые исследователи предполагают, что при образовании черной дыры в ее ядре может произойти большой взрыв, в результате которого образуется новая вселенная, расширяющаяся за пределы родительской вселенной.
Теория гравитации Эйнштейна-Картана-Сиама-Киббла дает дополнение к общей теории относительности, снимая ограничение симметрии связи и ее антисимметричной части, тензора кручения как динамической переменной. Торсион явно учитывает квантово-механический, присущий материи угловой момент (спин).
Общая теория относительности предполагает, что гравитационный распад достаточно компактной массы приводит к образованию сингулярной черной дыры. Но в теории Эйнштейна-Картана минимальная связь между торсионными и дираковскими спинорами вызывает отталкивающее спин-спиновое взаимодействие, которое существенно в фермионной материи при очень высоких плотностях.
Такое взаимодействие предотвращает образование гравитационной сингулярности. Скорее, разрушающаяся материя по ту сторону горизонта событий достигает огромной, но конечной плотности и отскакивает, вызывая образование обычного моста Эйнштейна-Розена. Другая сторона моста превращается в новую, растущую детскую вселенную.
А наблюдателям, находящимся в детской вселенной, родительская вселенная предстает в виде единственной белой дыры. В соответствии с этим, наблюдаемая Вселенная - это эйнштейновско-розовская внутренность черной дыры, которая существует внутри более крупной Вселенной.
Согласно статье 2012 года, Большой взрыв сам является белой дырой. Более того, она предполагает, что возникновение белой дыры (названной "Малым взрывом") происходит спонтанно: вся материя выбрасывается за один импульс. Таким образом, в отличие от черных дыр, белые дыры нельзя наблюдать непрерывно, и их эффект можно обнаружить только в момент самого события.
В статье также было предложено идентифицировать новую группу гамма-всплесков с белыми дырами. В недавней работе Мадриза, Морено и Беллини, посвященной пятимерному вакууму, была исследована теория, согласно которой Большой взрыв был произведен взрывом белой дыры.
Независимо от того, реальны ли эти загадочные образования, называемые "белыми дырами", или нет, они действительно помогают физикам совершенствовать свою интуицию о Вселенной.
