Спытайцеся ў Jyotiraditya: Белая дзіра?

Чорныя дзіркі ствараюць, калі зоркі катастрафічна гінуць у звышновай. Дык што ў Сусвеце - белая дзірка?

Што такое белая дзірачка?

Белая дзірка - гіпатэтычная асаблівасць сусвету. Лічыцца наадварот чорнай дзіркай. Паколькі чорныя дзіркі не дазваляюць нічога збегчы з іх паверхні, белыя дзіркі - гэта вывяржэнне матэрыі і энергіі, і ўнутры іх нічога не можа патрапіць.

Белыя дзіркі - магчымае рашэнне законаў агульнай адноснасці. З гэтага закону вынікае, што калі ў Сусвеце існуюць вечныя чорныя дзіркі, то павінна існаваць і белая дзірка. Гэта час адмены чорнай дзіркі. Ад іх чакаецца гравітацыя, таму яны прыцягваюць прадметы, але ўсё, што на шляху сутыкнення з белай дзіркай ніколі не дасягне.

Тэарэтычна, калі б вы падыходзілі да белай дзіркі ў касмічным караблі, вас запалоніла б каласальная колькасць энергіі, якая, хутчэй за ўсё, разбурыць ваш карабель. Нават калі б ваш касмічны карабель мог супрацьстаяць гама-прамяням, святло само па сабе пачало б тармазіць, як супраціў паветра, які запавольвае рух аўтамабіля па Зямлі.

І нават калі касмічны карабель пабудаваны так, каб не пацярпела эмісія энергіі, прастора-час было б дзіўна скручана вакол белай дзіркі; набліжэнне да белай дзіркі было б падобна на тое, каб ісці ў гару. Патрэбнае паскарэнне становіцца ўсё вышэй і вышэй, пакуль вы рухаецеся ўсё менш і менш. У Сусвеце недастаткова энергіі, каб увайсці ўнутр.

Зразумела, гэта даволі процідзеянне. Як энергія ў белай дзірцы, здавалася б, узнік ніадкуль, акрамя самога прасторы-часу? Гэта адна з прычын, чаму іх існаванне вельмі малаверагодна. Аднак ёсць некаторыя тэорыі, у якіх магчымыя белыя дзіркі, але, магчыма, не зусім так, як апісана ў агульнай адноснасці.

Паколькі яны нібыта адпавядаюць чорным дзіркам, белыя дзіркі таксама будуць утварацца гравітацыйнай асаблівасцю. Сінгулярнасць - гэта кропкавая асаблівасць у прасторы-часе, калі гравітацыйнае поле становіцца бясконцым. Бясконцыя значэнні ў фізіцы, як правіла, паказваюць на адсутнасць фрагментаў у тэорыі, таму не дзіўна, што квантавая механіка і адноснасць змагаюцца, каб растлумачыць больш дробныя дэталі асаблівасцей.

Новае даследаванне выяўляе, што белыя дзіркі, якія тэарэтычна з'яўляюцца супрацьлеглымі чорнымі дзіркамі, могуць стаць асноўнай часткай загадкавай цёмнай матэрыі, якая, як мяркуецца, складае большую частку матэрыі ва Сусвеце. А некаторыя з гэтых мудрагелістых белых дзірак нават могуць папярэднічаць Вялікаму выбуху, адзначаюць даследчыкі.

Чорныя дзіркі валодаюць гравітацыйнымі цягамі настолькі магутнымі, што нават святло, самая хуткая рэч у сусвеце, не можа пазбегнуць іх. Нябачная шаравая мяжа, якая атачае ядро ​​чорнай дзіркі, якая азначае яго не вяртанне, вядомая як яе гарызонт падзей.

Чорная дзірка - адно з прадказанняў Эйнштэйнавай тэорыі агульнай адноснасці. Іншая назва - белая дзірка, падобная да чорнай дзіркі ў адваротным кірунку: у той час як з гарызонту падзей чорнай дзіры нічога не можа выйсці, нічога не можа ўвайсці ў гарызонт падзей белай дзіры. Папярэднія даследаванні дазваляюць выказаць здагадку, што чорныя дзіркі і белыя дзіркі звязаныя паміж сабой, пры гэтым рэчыва і энергія трапляюць у чорную дзірку, якая патэнцыйна можа выйсці з белай дзіркі альбо дзе-небудзь у космасе, альбо цалкам у іншым Сусвеце. У 2014 годзе Карла Равелі, фізік-тэарэтык з універсітэта Экс-Марсэль у Францыі, і яго калегі выказалі здагадку, што чорныя дзіркі і белыя дзіркі могуць быць звязаны па-іншаму: калі чорныя дзіркі паміраюць, яны могуць стаць белымі дзіркамі.

У 1970-я гады фізік-тэарэтык Стывен Хокінг падлічыў, што ўсе чорныя дзіркі павінны выпарыцца масы, выпраменьваючы выпраменьванне. Чакаецца, што чорныя дзіркі, якія губляюць большую масу, чым яны атрымліваюць, зменшацца і знікнуць.

Аднак Роўэлі і яго калегі выказалі здагадку, што ўсаджванне чорных дзір не можа знікнуць, калі тканіна прасторы і часу будзе квантавай - гэта значыць зроблена з непадзельных велічынь, званых квантамі. Касмічны час - гэта квант у даследаваннях, якія імкнуцца аб'яднаць агульную адноснасць, якая можа растлумачыць прыроду гравітацыі, з квантавай механікай, якая можа апісаць паводзіны ўсіх вядомых часціц, у адзіную тэорыю, якая можа растлумачыць усе сілы Сусвету .

У даследаванні 2014 года Ровелі і яго каманда выказалі здагадку, што, як толькі чорная дзірка выпарыцца да такой ступені, што яна не можа больш скарачацца, паколькі прастору-час нельга было ўціснуць у што-небудзь меншае, адміраючая чорная дзірка потым адскочыць і ўтварыць белы колер дзірка. "Мы наткнуліся на тое, што чорная дзірка становіцца белай дзіркай у канцы яе выпарэння", - сказаў Ровелі на пытанне "Спытай Джоцірадзіця"

У цяперашні час, як мяркуецца, чорныя дзіркі ўтвараюцца, калі гіганцкія зоркі гінуць пры гіганцкіх выбухах, вядомых як звышновыя, якія ўціскаюць іх трупы ў бясконца шчыльныя кропкі, якія называюцца незвычайнасцю ў сэрцах чорных дзірак. Равелі і яго калегі раней падлічылі, што для белай дзіркі спатрэбіцца чорная дзірка з масай, роўнай масе сонца, прыкладна ў чатыры мільёны разоў больш, чым цяперашняя эпоха Сусвету.

Аднак папярэднія працы ў 1960-х і 1970-х гадах выказалі здагадку, што чорныя дзіркі таксама могуць узнікнуць праз секунду пасля Вялікага выбуху з-за выпадковых ваганняў шчыльнасці ў гарачай, хутка пашыраецца сусвеце нованароджаных. Вобласці, дзе гэтыя ваганні канцэнтруюцца ў рэчыве разам, могуць разбурацца, утвараючы чорныя дзіркі. Гэтыя так званыя спрадвечныя чорныя дзіркі былі б значна меншымі, чым чорныя дзіркі зорнай масы, і маглі памерці, утварыўшы белыя дзіркі на працягу ўсяго жыцця Сусвету, адзначылі Ровелі і яго калегі.

Нават белыя дзіркі з мікраскапічным дыяметрам усё яшчэ могуць быць даволі масіўнымі, гэтак жа, як чорныя дзіркі памерам з пясчанае зерне могуць важыць больш, чым Месяц. Зараз Ровелі і суаўтар даследавання Франчэска Відота з Універсітэта Краіны Баскаў у Іспаніі мяркуюць, што гэтыя мікраскапічныя белыя дзіркі могуць складаць цёмную матэрыю.

Хоць, як мяркуецца, цёмная матэрыя складае пяць шостых усёй матэрыі ў Сусвеце, навукоўцы не ведаюць, з чаго яна складаецца. Як вынікае з назвы, цёмная матэрыя нябачная; ён не выпраменьвае, не адлюстроўвае і нават не блакуе святло. З прычыны гэтага цёмную матэрыю ў цяперашні час можна прасачыць толькі дзякуючы гравітацыйным уздзеянням на звычайную матэрыю, такую, якую складаюць зоркі і галактыкі. Прырода цёмнай матэрыі ў цяперашні час з'яўляецца адной з найвялікшых загадак у навуцы.

Мясцовая шчыльнасць цёмнай матэрыі, як мяркуе рух зорак каля Сонца, складае каля 1 працэнта масы Сонца на кубічны парсек, што складае каля 34,7 кубічных светлавых гадоў. Каб улічыць гэтую шчыльнасць з белымі дзіркамі, навукоўцы падлічылі, што адна малюсенькая белая дзірка - значна меншая за пратон і каля мільёна грама, што роўна прыблізна масе "паў цалі чалавечых валасоў", Ровелі сказаў - патрэбна на 2400 кубічных міль (10 000 кубічных кіламетраў).

Гэтыя белыя дзіркі не выпраменьвалі б ніякага выпраменьвання, і паколькі яны значна меншыя, чым даўжыня хвалі святла, яны былі б нябачныя. Калі б пратон ударыў адну з гэтых белых дзірак, белая дзірка "проста адскочыць", - сказаў Ровелі. "Яны нічога не могуць праглынуць". Калі б чорная дзірка сутыкнулася з адной з гэтых белых дзірак, у выніку атрымалася б большая чорная дзірка, дадаў ён. Як быццам ідэя нябачных, мікраскапічных белых дзюр з світанку часу была недастаткова дзікай, Ровелі і Відота дадаткова выказалі здагадку, што нейкія белыя дзіркі ў гэтым сусвеце могуць на самай справе папярэднічаць Вялікаму выбуху. Будучыя даследаванні будуць вывучаць, як такія белыя дзіркі з папярэдняй сусвету могуць дапамагчы растлумачыць, чаму час цячэ толькі ў гэтым сучасным Сусвеце, а не ў зваротны бок, сказаў ён.

Патэнцыйныя кандыдаты

У якасці белых дзірак было вылучана шмат з'яў. Звычайна іх выбіраюць, бо гэта таямнічыя прадметы, якія мы не змаглі падрабязна растлумачыць.

Улічваюцца выбухі гама-прамянёў, імклівыя пульсары і чорныя дзіркі, якія дасягаюць канца жыцця. Нават Вялікі выбух быў апісаны як белая дзірка. Але пакуль ніякіх белых дзірак ніколі не назіраецца непасрэдна, і нават іх тэарэтычнае існаванне выклікае чырвоныя сцягі. Здаецца, белыя дзіркі выкарыстоўваюцца ў якасці арыенціра, пакуль не збяруцца дадатковыя назіранні альбо лепшая тэорыя.

Вялікі выбух як белая дзірка - яскравы прыклад гэтай тэндэнцыі. Пакуль мы не былі ўпэўненыя ў памерах Сусвету, былі здагадкі, што ў космасе ствараецца белая дзірка, большая за тое, што мы маглі бачыць. Цяпер мы ведаем, што Сусвет, хутчэй за ўсё, бясконцы, што тлумачыць белую дзірку амаль напэўна няправільна.

Тэарэтычныя абмежаванні

Белая дзірка - гэта асаблівая разнавіднасць: аголенасць. Сінгулярнасці, падобныя на чорныя дзіркі, непасрэдна не назіраецца, таму што хуткасць уцёкаў (хуткасць, якую трэба вызваліць ад гравітацыі) большая, чым хуткасць святла, і ад яе нічога не вырвацца. Сінгулярнасць “абаронена” гарызонтам падзей, паверхняй, якая аддзяляе нас ад чорнай дзіры. Матэматычна, калі мы маем незвычайнасць, прастора-час парушаецца. Каб пазбегнуць гэтай праблемы, былі ўведзены гарызонты падзей.

Аголенасць незвычайнасці не мае гарызонту падзей. Згодна з фундаментальнымі прынцыпамі агульнай адноснасці, Сусвет не дапускае аголеных асаблівасцей. Ідэя трапна называецца гіпотэзай касмічнай цэнзуры. Лічбавыя мадэляванні і сучасныя тэорыі квантавай гравітацыі намякаюць на магчымасць аголеных асаблівасцей.

Цікавая з'ява адбываецца пры апісанні ўласцівасцей чорнай дзіркі з дапамогай квантавага механічнага падыходу, які не ўключае ў сябе гравітацыю. Калі вы паглядзіце на чорную дзірку ў часе назад ці наперад, яна паводзіць сябе сапраўды гэтак жа, і застаецца чорнай дзіркай. Гэта не самае важнае сутыкненне паміж квантавымі тэорыямі і адноснасцю, але ўсё ж істотна.

Найважнейшае абмежаванне - энтрапія, мера парадку сістэмы. Згодна з законамі тэрмадынамікі, чыстая энтрапія Сусвету заўсёды павялічваецца. Энтрапія можа змяншацца мясцова; напрыклад, маразільная камера памяншае энтрапію вады, ператвараючы яе ў лёд, але маразільныя камеры рухаюць шмат цяпла, таму агульная энтрапія ўсё яшчэ павялічваецца.

Белыя дзіркі памяншаюць энтрапію, што з'яўляецца фундаментальным доказам супраць іх. У гэтым Сусвеце мы падпарадкоўваемся законам тэрмадынамікі. Пакуль што ніякіх пацверджаных парушэнняў не назіраецца, хаця мы часта чуем прэтэнзіі на вечныя машыны і незвычайныя падзеі.

Будучыня белых дзірак

Белыя дзіркі зачароўваюць шмат людзей, і яны ствараюць адчуванне раўнавагі. Людзі будуць і павінны працягваць іх вывучаць. Сапраўды, некалькі асаблівасцей агульнай адноснасці, напрыклад, чорныя дзіркі, спачатку лічыліся тэарэтычнай цікаўнасцю. Няма цвёрдых доказаў, якія пацвярджаюць, што белыя дзіркі існуюць, але, магчыма, у нашым вялікім складаным сусвеце ёсць месца нават для іх.