Перейти к содержимому 
От черных дыр к белым. Кто бы мог подумать?
Когда звезды прекращают синтезировать водород в конце своего жизненного цикла, они коллапсируют под действием собственной гравитации, сжимаясь в сингулярность бесконечной плотности. Окружающая материя — будь то газ, пыль или даже другие звезды — гравитационно притягивается к сингулярности, пересекая точку невозврата.
Эта точка называется горизонтом событий или радиусом Шварцшильда. На этом расстоянии для того, чтобы покинуть гравитационное притяжение черной дыры, необходимо двигаться быстрее скорости света, что невозможно. Именно поэтому черные дыры и черные. Ничто, даже свет, не может вырваться, если приблизится слишком близко, поэтому они выглядят как темные, безмолвные пустоты в черном космосе.
По этой причине черные дыры считаются конечными точками Вселенной, где материя, энергия и само время, как полагают, исчезают в небытие.
Но что, если черные дыры — это не конец? Что, если они, наоборот, являются началом чего-то совершенно нового?
Содержание
Новое исследование, проведенное учеными из Университета Шеффилда и Университета Комплутенсе в Мадриде, предполагает, что черные дыры могут быть не вечными ловушками, какими мы их себе представляли, а трансформироваться в «белые дыры» — теоретические объекты, которые выбрасывают материю, энергию и даже время обратно во Вселенную.
Проблема физики
Сингулярности проблематичны. Это места, где известные нам законы физики перестают действовать, что побудило физиков искать способы понять эти космические тупики.
Один из перспективных путей — квантовая гравитация, область, стремящаяся объединить общую теорию относительности с квантовой механикой. В этом новом исследовании ученые применили квантовую гравитацию к внутреннему устройству черной дыры. Они сосредоточились на конкретном типе черной дыры — плоской антидеситтеровской черной дыре (это решение общей теории относительности или ее расширений, которое представляет собой изолированный массивный объект, но с отрицательной космологической постоянной), — которая имеет более простую геометрию, что облегчает ее изучение.
В основе техники лежит концепция унитарности. В квантовой механике унитарность означает, что общая вероятность всех возможных исходов системы всегда должна быть равна единице. Этот принцип гарантирует, что информация никогда не теряется, даже в хаотичной среде черной дыры.
Добиваясь унитарности, исследователи обнаружили, что классическая сингулярность не может существовать. Вместо этого внутренность черной дыры перешла бы в квантовое состояние, в котором сингулярность заменяется областью интенсивных квантовых флуктуаций, известной как «квантовый отскок» (quantum bounce). То есть, пространство и время не заканчиваются. Вместо этого они переходят в белую дыру — гипотетический объект, который выбрасывает материю и энергию, а не поглощает их.
«Гипотетически, наблюдатель — тоже гипотетический — мог бы пройти через черную дыру, через то, что мы считаем сингулярностью, и появиться на другой стороне белой дыры», — сказал доктор Штеффен Гилен, соавтор исследования из Университета Шеффилда. «Это весьма абстрактное представление о наблюдателе, но теоретически это возможно».
Белые дыры
Идея белых дыр не нова. Некоторые физики предполагали, что черные дыры могут переходить в белые дыры. Но новое исследование предоставляет конкретную математическую основу того, как это может произойти. Исследователи также показали, что этот процесс согласуется с принципами квантовой механики.
Если черные дыры на самом деле не заканчиваются сингулярностями, это может изменить наше понимание самых экстремальных сред Вселенной. Это также может помочь разрешить давние загадки, такие как парадокс информации черной дыры. Любой процесс в физическом мире может быть обращен — одна из самых глубоких особенностей законов физики, отражающая элементарные симметрии пространства, времени и причинности.
Если отправить все части системы в обратном направлении, то произошедшее будет отменено. Информация, необходимая для того, чтобы повернуть время вспять, всегда сохраняется. Но если черные дыры не сохраняют информацию — как это должно быть, учитывая наше описание их как бездонных ям — то у нас возникает проблема.
Темная энергия и время
Еще одним интересным следствием этого исследования является то, что временем управляет темная энергия. Темная энергия, таинственная сила, вызывающая ускоренное расширение Вселенной, может служить универсальной точкой отсчета для измерения времени, написали ученые в своем исследовании.
Эта идея является радикальным отходом от традиционных представлений о времени, которые часто связаны с перспективой наблюдателя. Вместо этого исследование предполагает, что время внутренне связано с самой тканью Вселенной. Темная энергия выступает в качестве ее часов.
«В квантовой механике время, в том виде, в котором мы его понимаем, не может закончиться, поскольку системы постоянно меняются и развиваются», — сказал Гилен.
«Время, как правило, считается относительным для наблюдателя, но в нашем исследовании время выводится из таинственной темной энергии, которая пронизывает всю Вселенную», — добавил исследователь.
«Мы предполагаем, что время измеряется темной энергией, которая повсюду во Вселенной и ответственна за ее текущее расширение».
Новые вопросы
Связь между темной энергией и временем может открыть совершенно новые перспективы. Она не только предлагает новый способ понимания поведения черных дыр, но и прокладывает потенциальный мост между квантовой механикой и общей теорией относительности. Это два столпа современной физики, которые долгое время сопротивлялись объединению.
Но что означает превращение черной дыры в белую? Могут ли белые дыры быть связаны с кротовыми норами — гипотетическими тоннелями сквозь пространство-время? Могут ли они дать представление о других измерениях или вселенных? Новое исследование не отвечает ни на один из этих вопросов, поэтому оно остается весьма спекулятивным. Теория унимодулярной гравитации, которую использовали исследователи в этом исследовании, также является спекулятивной ветвью общей теории относительности. Поэтому, относитесь ко всему этому с большой долей скептицизма.
Несмотря на то, что остается много вопросов, одно ясно: черные дыры еще более странные, чем мы думали.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Читайте также: Могут ли развитые цивилизации превратить черные дыры в оружие?
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.