Физик и астроном рассказали, что такое загадочные «белые дыры»

Обыватель примерно представляет, что такое «чёрные дыры» погасшие сверхтяжёлые звёзды, засасывающие в себя материю вокруг и искривляющие пространство и время. Существование чёрных дыр считается доказанным, хотя в научном сообществе существуют разные точки зрения на этот вопрос. А вот что такое загадочные «белые дыры»?

Гипотеза о белых дырах — это следствие одного из решений уравнения теории относительности Эйнштейна, рассказал «Московской газете» сотрудник астрономической обсерватории Иркутского государственного университета, директор АНО «Звёздный десант» Михаил Меркулов:

«В школе мы все решали квадратные уравнения, у них всегда было два корня — положительное и отрицательное число. Когда-то, например, такое физическое явление, как электрон, описывалось с помощью уравнения. Одним из решений этого уравнения был электрон, а другим — его антипод, позитрон. Сначала казалось, что это просто математический изыск, не имеющий отношения к реальности. Но потом эта частица действительно была открыта. Математика иногда умеет предсказывать то, о чём мы ещё не знаем».

Прежде всего, необходимо пояснить, что такое чёрные дыры, сказал в беседе с изданием научный сотрудник кафедры теоретической физики физического факультета МГУ Илья Широков.

«На сегодняшний день гравитация описывается общей теорией относительности, созданной Альбертом Эйнштейном в 1915 году, суть теории можно свести к следующему. Наш мир описывается искривленным пространством-временем. Искривление возникает под действием массивных тел и приводит к возникновению гравитации. По-простому это можно понять следующем образом: если на резиновую мембрану положить тяжёлый шарик, то она промнётся, и образуется ямка. Если теперь на край этой ямки положить шарик, то он скатится в нее. Мембрана — это наше пространство — время, таким образом, можно понять, как работает гравитация».

ОТО (общая теория относительности) содержит в себе основное уравнение, которое описывает как ведёт себя наше пространство-время, продолжает физик.

«Это уравнение называется уравнением Эйнштейна. Одно из его решений было получено Карлом Шварцшильдом в 1916 году. Это решение содержит в себе обычную ньютоновская гравитацию, как предел. Но также оно описывает разные новые эффекты гравитации. Так, например, движение планет становится не эллиптическим, а имеет форму розетки, но сдвиг эллипса в ней происходит очень медленно. Так, например, для Меркурия этот сдвиг составляет всего несколько угловых секунд за столетие. Однако астрономы способны померить даже такие малые отклонения. Кроме того, предсказанием является также отклонение лучей света массивными объектами, впервые измеренное ещё в 1919 году», — рассказал физик.

Наконец, самым загадочным объектом, предсказанным метрикой Шварцшильда, является чёрная дыра, отметил Илья Широков.

«Строго говоря, в данном решении возникает некая бесконечность, когда объект имеет определенный радиус, называемый радиусом Шварцшильда. Так, например, если бы вся масса Земли была помещена в шарик размером 1 см, то она стала бы чёрной дырой. Главная особенность чёрных дыр в том, что у них существует так называемый горизонт событий. Он расположен как раз на радиусе Шварцшильда. Его существование приводит к тому, что любые тела и даже свет, оказавшись внутри чёрной дыры, никогда не смогут ее покинуть. Некоторые объекты во вселенной интерпретируются как чёрные дыры. Так, считается, что в центре нашей галактики Млечный путь находить сверхмассивная чёрная дыра. Недавние наблюдения за отклонением света около нее подтверждают это предположение», — сказал учёный.

«Чёрная дыра — это то, что нам уже более-менее известно, — говорит сотрудник астрономической обсерватории Михаил Меркулов. — Это то, что притягивает к себе все материальные объекты. Хотя правильней было бы сказать, что это остывшая, замёрзшая звезда в стадии коллапса. Но дело в том, что сторонний наблюдатель даже не сможет увидеть этого самого коллапса: чёрную дыру назвали чёрной потому, что оттуда не возвращается свет. То есть, перед сторонним наблюдателем как бы застынет предпоследняя стадия существования звезды. И если всё движется «к» чёрной дыре, то в случае с белой дырой всё должно двигаться «от». Это в некотором роде антипод самого понятия «дыра». Если в чёрную дыру всё проваливается, то в белую дыру, наоборот, ничего не может попасть. Есть и такое понимание, что белая дыра — это как бы то, что находится на «другом конце» чёрной дыры. Но «на другом конце» — это всё равно понятие в рамках наших представлений о времени и пространстве. А белая и чёрная дыра разнесены друг от друга. При этом и чёрная, и белая дыра в теории искривляют пространство».

Однако в теоретической физике есть несколько проблем с сами существованием чёрных дыр, заметил Илья Широков:

«Так, например, любая информация, попавшая внутрь чёрной дыры, как бы исчезает в ней, а это не очень хорошо сочетается с законами термодинамики. Есть несколько подходов к этой проблеме. Один из них состоит в том, что внутри чёрной дыры прячется другая вселенная. К слову, размер нашей вселенной примерно равен Шварцшильдовскому радиусу её массы, так что вполне возможно, мы и сами живем внутри огромной чёрной дыры».

Другая возможность объяснения существования чёрных дыр состоит в существовании так называемых белых дыр, продолжает физик.

«То есть, чёрная дыра в таком подходе является «порталом» в другую вселенную, например. А выход находится в белой дыре. В таком случае информация не исчезает, а просто переходит в другое место. Решение Шварцшильда предполагает, что белая дыра может существовать, но всегда в паре с чёрной, как говорят, на одном пространственно-временном листе. В принципе, белая дыра может быть отражением чёрной из другого времени, например, из прошлого. Некоторые исследователи предполагают, что такие объекты будут очень неустойчивыми. Есть мнение, что белые дыры должны обязательно взорваться при это высвободив огромную энергию. Некоторые исследователи считают, например, что аномальный гамма-всплеск GRB 060614, который произошёл в 2006 году, был вызван белой дырой. Однако большинство ученых считают, что таких объектов, скорее всего, не существует. На данный момент вопрос о природе таких объектов, а также об их возможных свойствах во многом остается открытым», — заключил Илья Широков.

В 2020 году Нобелевскую премию по физике получили учёные Райнхард Генцель и Андреа Гэз, которые доказали существование супермассивной чёрной дыры в центре галактики Млечного пути, наблюдая за тем, как ведут себя орбиты звёзд, находящихся в центре галактики. В 2019 году с помощью системы радиотелескопов Event Horizon System сделана фотография чёрной дыры в галактике Messir 87 в скоплении Девы (такой снимок возможен в силу того, что лучи света могут не только захватываться чёрной дырой, но и сильно отклоняться от неё или даже двигаться вокруг неё по круговым орбитам, — прим. авт.).

Однако есть и другая точка зрения. В 2014 году физики Лаура Мерсини-Хоутон и Харальд Пфайффер высказали предположение, что умирающая тяжёлая звезда вместе с излучением будет терять массу и поэтому не сможет превратиться в чёрную дыру. В том же 2014 году Стивен Хокинг, исходя из квантовой теории, заявил, что информация и свет могут лишь задержаться на «горизонте событий» чёрной дыры, но не исчезнуть там навсегда.