Загадка світобудови: науковці висунули гіпотезу про таємничі білі діри у Всесвіті

Про чорні діри чули навіть далекі від астрофізики люди. А про білі – майже ніхто. І це несправедливо. Адже ця гіпотеза ставить під сумнів багато з того, що ми сьогодні знаємо про Всесвіт

Чорні діри є одними з найбільш руйнівних об’єктів у Всесвіті. Але їхні гіпотетичні сестри – білі діри мають набагато менш жахливу природу.

Сама по собі гіпотеза про білі діри не нова, констатує британський оглядач Джаспер Хемілл.

 Їх передбачив Альберт Ейнштейн у своїй Загальній теорії відносності. Вона містить рівняння, які передбачають, як чорні, так і білі діри. Але якщо докази існування перших у нас вже є, то з другими справа йде набагато складніше.

Можливо, тема “зрушиться” з місця завдяки новим дослідженням на цю тему. Адже в них в задіяна квантова гравітація.

Чорні діри

Чорні діри відомі завдяки своїй жадібності воістину галактичних масштабів.

Вважається, що вони володіють такою високою щільністю, що від них не може втекти навіть світло. По суті, ми досі не знаємо цього точно, але вже можна з упевненістю стверджувати, що чорні діри, які активно поглинають матерію, існують насправді.

Астрономи в останні роки навіть навчилися отримувати їхні зображення.

Іншими словами, в існуванні чорних дір сьогодні сумнівів практично немає.

Імовірно, вони формуються, коли руйнуються зірки. Хоча створення надмасивних чорних дір, як, наприклад, та, що знаходиться в центрі Чумацького шляху, досі залишається загадкою, відзначає оглядач Мішель Стар.

Білі діри

Але білі діри, передбачені Ейнштейном і досі не виявлені, являють собою набагато більшу загадку.

Після Ейнштейна дослідженням ідеї білої діри займалися радянські фізики Ігор Новіков і Микола Кардашев. У 1976 році роботу на цю тему опублікував знаменитий британський фізики Стівен Хокінг.

 Теоретично, білі діри це “чорні діри навпаки”. Ніщо не може потрапити всередину. Матерія лише виходить назовні.

Перші теоретики білих дір вважали, що вони можуть утворюватися при виході з-за обрію подій речовини чорної діри, що знаходиться у зворотному напрямку термодинамічної стріли часу.

Повна карта простору-часу містить як чорну, так і білу діри, вважали теоретики. А окремі утворення тільки «чистої» чорної або тільки «чистої» білої діри на повній карті простору-часу не може бути в принципі.

Говорячи більш простою мовою, можна сказати, що біла діра, являє собою чорну діру, розгорнуту назад у часі.

Науковці найчастіше пояснюють цю ідею за допомогою наступного прикладу. Уявіть собі, що ви знімаєте на відео народження чорної діри в результаті смерті зірки, потім падіння в неї світла, пилу та іншої матерії. А тепер уявіть собі, що ви відмотуєте цей фільм у у зворотньому напрямку. Це і буде процес, в ході якого біла діра викидає з себе матерію аж до появи нової зірки.

“Оскільки рівняння загальної теорії відносності не обирають, у який бік рухається час, то раз можливе існування чорних дір, значить, можливе й існування білих дір”, – вважає Ерік Куріеель, філософ зі Стенфордського університету.

На сьогоднішній день ці творіння існують тільки в чернетках фізиків-теоретиків. Ми досі не бачили жодної білої діри або навіть натяку на існування таких об’єктів у Всесвіті. І багато експертів упевнені, що ми ніколи їх не знайдемо.

Однак, інтерес до теми білих дір не згасає завдяки деяким вченим-ентузіастам. Кілька публікацій на цю тему останнім часом роблять гіпотезу про білі діри більш чіткою.

У 1980-х було висунуто припущення, що Великий вибух сам по собі був великою білою дірою. Простіше кажучи, одна з білих дір послужила відправною точкою існування Всесвіту.

Ізраїльські астрономи Алон Реттер і Шломо Хеллер спробували пояснити за допомогою білих дір знаменитий аномальний гамма-сплеск GRB 060614, який було зафіксовано в 2006 році. Це був прояв білої діри, заявили вони. Реттер навіть припустив, що білі діри розпадаються відразу після свого виникнення. І назвав цей процес “маленьким вибухом” (small bang на противагу Big Bang).

Згідно з більш свіжим дослідженням, білі діри можуть формуватися, коли чорні діри “випаровуються”.

Квантова гравітація

На думку авторів нового дослідження, чорні діри вибухають і перетворюються на білі діри, які вивергають всю ту матерію, енергію та інформацію, яку засмоктали на попередньому етапі своєї еволюції.

“Я вивчаю можливість того, що в кінці свого життєвого циклу чорні діри стають білими дірами”, – пояснює автор одного з таких досліджень, італійський фізик Карло Ровеллі, що займається дослідженнями квантової гравітації в Марсельському університеті (Франція).

За цим сценарієм, чорними дірами є зірки, які руйнуються, а потім перероджуються. Але ми бачимо це у вкрай повільному темпі, вважає Ровеллі.

Дана гіпотеза заснована на ще недоведеній і дуже спірній теорії квантової гравітації.

Однак така модель може дати відповідь на хвилююче питання про те, куди зниккає вся та матерія, яку чорні діри засмоктують у себе. Чи справді вони руйнують матерію і інформацію безповоротно?

Відповідно до гіпотези Ровеллі, біла діра викидає з себе матеріал, колись затягнутий в чорну діру.

Але найцікавіше в тому, як Ровеллі та його колеги пояснюють неспівставні терміни існування чорних і білих дір. Чому чорні діри існують довго, а білі – швидкоплинні?

Тому що гравітація розтягує час, пояснюють дослідники. Перехід від чорної діри до білої відбувається досить швидко, але для стороннього спостерігача це виглядає так, ніби чорна діра існує мільярди років.

У зв’язку з цим Ровеллі передбачає, що білі діри можуть бути джерелами таємничих сигналів, які відомі як “перші радіоспалахи”, тих , які багато вчених приймають за послання інопланетних цивілізацій.

Старі чорні діри, що утворилися на зорі Всесвіту, давно еволюціонували, але через “фокуси” гравітації з часом ми бачимо, як вони вибухають тільки зараз. Можливо, саме так можна пояснити деякі джерела високоенергетичного випромінювання, які вчені сьогодні приписують надновим зіркам.
Частка скепсису

Так чому ж ми так і не зустріли у Всесвіті навіть натяк на існування феномена, який має такі вагомі теоретичні обґрунтування?

На думку науковців, на те є ціла низка вагомих причин. В першу чергу, не зовсім зрозуміло, як формуються білі діри. Для чорних дір у нас є відповідні теорії, але як саме утворюються білі діри, не зрозуміло. Адже не можна ж насправді відмотати час назад у Всесвіті? Чи можна? Для цього довелося б почати з сингулярності та відмотувати час назад. Біла діра викидає з себе матерію, поки, зрештою, не перетвориться на зірку.

Цікавий сценарій. Але він потребував би зменшення ентропії, що порушує другий закон термодинаміки. А отже, прийнявши цю гіпотезу, ми піддали б під сумнів фундаментальні основи сучасної фізики. Наші уявлення про будову Всесвіту в мить похитнулися.

На думку астрофізика Карен Мастерс, єдине пояснення існування сингулярності у Всесвіті з самого її зародження, це гіпотеза про те, що сингулярність існувала і раніше. “Всесвіт якимось чином сформувалася з уже готовими сингулярностями”, – підкреслює Мастерс.

Далі більше. Що говорить сучасна фізика з усіма її розрахунками про те, чи може біла діра існувати насправді?

А ось що. Ніяка матерія не може існувати в околицях чорної діри. Як тільки матерія опиняється в цьому регіоні, поряд з нею вже не може бути білої діри.

Іншими словами, чорна діра, що всмоктує  матерію, і біла діра, що вивергає її, просто не можуть співіснувати поблизу одна від одної. Допустити таке, значить, знову таки просто відкинути всю сучасну космологію.

Тому, якщо білі діри колись існували у Всесвіті, то їхній життєвий цикл досить швидко припинився. Фактично, це сталося за мільярди років до того, як почало зароджуватися життя на Землі.

Але це не означає, що сам по собі феномен неможливий. І більше того, він може мати величезне значення для нашого розуміння Всесвіту.

Не страшно, що білі діри поки є чистою теорією, констатує Старр. Чорні діри теж колись були теорією. І скептиків з цього питання вистачало ще зовсім нещодавно, наголошує вона.