Белая дыра — это гипотетический физический объект Вселенной, внутрь которого ничего не может попасть. Из белых дыр материя только выходит наружу — в отличие от реально существующих черных дыр, которые затягивают в себя всё, в том числе и свет. По мнению некоторых ученых, если во Вселенной существуют черные дыры, то должны быть и их антиподы — белые дыры, в которые ничто не может войти.
Большинство теорий о белых дырах объясняют их свойства через понятие черной дыры, потому что черные дыры действительно существуют и активно изучаются. Белые дыры обнаружены пока только в теории: это математическая концепция, у которой нет реального подтверждения.
Аргумент в пользу существования белых дыр — общая теория относительности Альберта Эйнштейна (ОТО). В ней есть уравнения, относящиеся к червоточинам или «кротовым норам» — туннелям в пространстве-времени. Общая теория относительности допускает существование таких туннелей. Немецкий ученый Карл Шварцшильд в 1916 году первым в мире применил ОТО для решения конкретной астрофизической задачи. Одно из следствий решения Шварцшильда — червоточина, названная его именем, которая состоит из черной дыры, белой дыры и двух отдельных вселенных, связанных через них. Его математические уравнения, предсказавшие существование черных дыр, также предсказывают и белые дыры.
Одна из причин, по которой белые дыры считаются нереальными, заключается в том, что они должны уменьшать энтропию — рассеивание энергии. Белая дыра теоретически испускает в пространство большое количество энергии, то есть уменьшает энтропию. Это противоречит второму закону термодинамики, согласно которому энтропия системы остается либо постоянной, либо растет. Получается, белые дыры не вписываются в текущую модель Вселенной.
История появления теории белых дыр
Советские астрофизики Игорь Новиков и Николай Кардашев развивали теорию о белых дырах в 1960–1970-х годах. Новиков говорит о белой дыре как о «веществе, задержавшемся в расширении Вселенной», которое быстро превращается в черную дыру.
Игорь Новиков, астрофизик, об открытии белых дыр в своей книге «Куда течет река времени»:
«Белые дыры я открыл в 1963 году чисто математическим путем, когда пытался понять, откуда может взяться гигантская энергия, выделяющаяся в квазарах — необычайно мощно излучающих ядрах некоторых галактик. Через год после опубликования этой работы эти гипотетические объекты были независимо переоткрыты Ювалем Неэманом — известным израильским физиком. Математическая теория этих образований была разработана в 1966 году мною, а затем развивалась в США Джоном Бардиным и в Индии Ю. Шахом и П. Вайдья».
Черные и белые дыры: в чем разница
Новиков писал о том, что, возможно, белые дыры возникают на том месте, откуда выходят вещества из черной дыры. Есть гипотеза, что наблюдатель, проскочив в горловину черной дыры, появится из другого отверстия этой горловины в «нашем» пространстве вдали от черной дыры, в которую он упал. Или «вынырнет» в пространство «другой» Вселенной. Белые дыры — это те самые другие отверстия горловины, из которых может «вынырнуть» наблюдатель. То есть в белую дыру нельзя упасть, из нее можно только вылететь. Если такой полет наблюдателя станет возможным, то он подтвердит наличие белых дыр во Вселенной.
Другую теорию происхождения белых дыр предложил в 2014 году итальянский физик-теоретик Карло Ровелли (Carlo Rovelli) и его команда из Университета Экс-Марсель во Франции. Они предположили, что белые дыры могут возникнуть как результат смерти черных дыр. Математические вычисления, описывающие белые дыры, показывают, что они должны быть крайне нестабильны и могут испарять или даже разрушать черные дыры.
Карло Ровелли, физик-теоретик:
«Как умирает черная дыра? Мы не знаем. Как рождается белая дыра? Возможно, белая дыра — это смерть черной дыры».
Существуют ли белые дыры и где их искать?
Объекты Вселенной, которые могли бы считаться белыми дырами, на сегодня неизвестны. Ученые также не знают, как они могли бы образоваться, если бы существовали. Белые дыры никто никогда не регистрировал — в отличие от черных дыр, с которыми отождествляются некоторые астрономические объекты.
Израильские астрофизики Алон Реттер и Шломо Хеллер говорят, что единственная реально известная на сегодня белая дыра — это Большой взрыв, момент зарождения нашей Вселенной, во время которого произошло расширение пространства, продолжающееся до сих пор. Большой взрыв был мгновенным, а не непрерывным и длительным. Поэтому можно предположить, что белые дыры — это тоже не длительное явление и их можно наблюдать только в момент события.
Реттер и Хеллер зафиксировали в 2016 году вспышку гамма-лучей — наиболее яркого выброса излучения во Вселенной. Долгое время длинные гамма-всплески связывались с извержениями сверхновых звезд, но эта новая вспышка была аномальной — она не содержала выброса сверхновых. Астрофизики предполагают, что причиной вспышки стала белая дыра. В будущем, по их прогнозам, таких аномальных вспышек будет обнаружено больше, что позволит говорить о белой дыре как о реальном, а не гипотетическом объекте.
Как выглядит белая дыра?
Американский физик Дуглас Эрдли в 1974 году заявил, что белая дыра не может долго существовать, она неустойчива и быстро превращается в черную дыру. Для внешнего наблюдателя белая дыра неизбежно будет выглядеть как черная.
Похожего мнения придерживается и физик Карло Ровелли. Он рассуждает, как могла бы выглядеть белая дыра для стороннего наблюдателя — например, космического корабля. Скорее всего, она бы визуально была идентична черной дыре: вращающаяся сфера чудовищной массы со скоплениями колец пыли и газа вокруг горизонта событий — границы, отделяющей объект от остальной части Вселенной. Но если бы корабль продолжил наблюдение, по мнению Ровелли, он стал бы свидетелем невозможного для черной дыры явления — выброса материи из дыры наружу. Это было бы ключевым моментом понимания, что перед наблюдателем именно белая дыра, а не черная, которая все втягивает в себя.
Что нам известно сегодня о белых дырах
Кирилл Масленников, кандидат физико-математических наук, пулковский астроном:
«Уравнения общей теории относительности допускают решение с сингулярностью, обратной по отношению к сингулярности черной дыры. Такой гипотетический объект называют белой дырой. В противоположность черной она все выбрасывает и ничего не впускает. При этом нарушаются законы термодинамики, но никого это особо не волнует, так как совершенно непонятно, откуда такой объект может взяться. Белые дыры иногда появляются в разных экзотических теориях, но пока никакие наблюдаемые объекты в космосе на эту роль не годятся».