Белая дыра, или чёрная дыра, пущенная назад во времени

Чёрная дыра не отпускает ничего, даже свет. Уравнения общей теории относительности допускают и обратный объект: область, куда нельзя попасть снаружи и откуда всё только вылетает. Его назвали белой дырой. Ни одной такой пока не нашли, но физики не торопятся вычёркивать её из списка возможного.

Что называют белой дырой

Белая дыра — гипотетическая область пространства-времени, в которую ничто не может войти извне. Вещество, свет и информация способны её только покидать. Проще всего представить её так: снять на видео, как звезда проваливается в чёрную дыру, и пустить запись задом наперёд. На экране окажется объект, который выбрасывает материю, пока не иссякнет.

У чёрной дыры главная граница — горизонт событий. Изнутри него не выбраться даже свету: для этого понадобилась бы скорость больше световой. У белой дыры горизонт тоже есть, но работает он в обратную сторону. Пересечь его можно только наружу.

Как белые дыры появились в теории

Их никто не придумывал специально — они нашлись в уравнениях. В 1916 году Карл Шварцшильд получил первое точное решение уравнений Эйнштейна: описание пространства вокруг сферической массы. Позже физики достроили это решение до полного, так называемого максимально продолженного, и в нём, помимо чёрной дыры, обнаружилась область «в прошлом», из которой всё только выходит. Это и есть белая дыра.

Ту же картину даёт и полное решение Керра для вращающейся массы. В нём белая дыра возникает в одной вселенной, когда в другой образуется чёрная, — отсюда растут фантастические сюжеты о «рождении новых миров». Гипотезу о том, что белые дыры могут существовать в природе, в 1964 году выдвинул советский астрофизик Игорь Новиков, её развивал Николай Кардашёв.

О том, как ведут себя их «родственницы», можно прочитать здесь: беспокойная чёрная дыра, блуждающая в космосе.

Сингулярность

В центре чёрной дыры, по классической теории, находится сингулярность — точка, где плотность и кривизна пространства обращаются в бесконечность и привычные законы физики перестают работать. У белой дыры сингулярность тоже есть, но лежит она не в будущем падающего вещества, а в прошлом: всё, что выходит наружу, начинает путь оттуда.

Обращение времени

Уравнения общей теории относительности не различают «вперёд» и «назад» во времени. Если у них есть решение с коллапсом, есть и зеркальное — с выбросом. Поэтому белая дыра и описывается как обращённая во времени чёрная.

Почему в них мало кто верит

У чёрных дыр есть понятный способ появиться: массивная звезда сжимается под собственным весом. Для белых дыр такого механизма не известно. Если же она всё-таки возникла, ей грозит неустойчивость: по расчётам, даже небольшая порция вещества, падающего навстречу, не даст далёкому наблюдателю увидеть её «взрыв». Большинство физиков поэтому считают, что в природе белые дыры существовать не могут.

Квантовая физика добавила в спор неожиданный поворот. В 1976 году Стивен Хокинг показал, что чёрная дыра в тепловом равновесии с окружением, если обратить время, превращается в белую дыру в таком же равновесии. Выходит, в этом состоянии их, возможно, вообще нельзя отличить друг от друга.

Читайте также: диета самой активной чёрной дыры — одно солнце в день

Где их пытались найти

Прямых наблюдений пока нет, зато есть кандидаты. 14 июня 2006 года обсерватория «Свифт» зарегистрировала странный гамма-всплеск GRB 060614: он длился около 102 секунд, но сверхновой за ним не последовало, хотя долгие всплески обычно с ней связаны. Израильские астрономы Алон Реттер и Шломо Хеллер предположили, что это могла быть белая дыра, которая мгновенно распалась. Такое событие они назвали «Малым взрывом».

Те же авторы пошли дальше и предложили считать белой дырой сам Большой взрыв: всё вещество Вселенной тоже когда-то вырвалось из точки, куда ничто не могло попасть. О том, как современная наука описывает это начало, — в статье о Большом взрыве и появлении Вселенной.

Петлевая квантовая гравитация

Самая обсуждаемая сегодня идея пришла из этой теории. В 2014 году Хэл Хаггард и Карло Ровелли показали, что чёрная дыра может за очень долгое время квантово «туннелировать» в белую: вещество сначала падает внутрь, а затем выходит обратно. Если они правы, белые дыры — не экзотика, а поздняя стадия жизни каждой чёрной дыры.

Из того же круга идей выросла модель Большого отскока. В расчётах петлевой квантовой космологии на месте начальной сингулярности появляется «отскок»: наша Вселенная могла начать расширяться после того, как сжалась предыдущая. Доказать это из самой теории пока не удалось.

Мост между двумя мирами

В полном решении Шварцшильда есть ещё одна деталь. Если сделать «срез» пространства в один момент времени, получится труба, соединяющая две внешние области — две отдельные вселенные. Это мост Эйнштейна — Розена, описанный ими в 1935 году, — первая червоточина в истории физики. Пройти по нему нельзя: в 1962 году Роберт Фуллер и Джон Уилер показали, что такой мост схлопывается быстрее, чем через него успеет пройти даже свет.

Гравитационное линзирование, которое астрономы наблюдают у чёрных дыр, должно работать и у белых: масса искривляет лучи одинаково, куда бы ни шло вещество. Так что если белая дыра где-то есть, она может выдать себя искажённым изображением звёзд за ней.

Читайте далее: астрономы зафиксировали столкновение двух чёрных дыр