Существуют ли белые дыры? –

Некоторые физики-теоретики доказывают, что процесс гравитационного коллапса не может развиваться бесконечно, как следует из классической теории, и должен остановиться на некоторой досингулярной стадии, образовав серую дыру.

Долгое время, развивая теорию гравитационных коллапсаров, никто даже не пытался задаваться «запрещенным» вопросом: а что же находится в самом центре ядра застывшей звезды? Формальные рассуждения о том, что в сингулярности черных дыр исчезают привычные нам свойства пространства-времени, а многие параметры начинают стремиться к бесконечности, мало кого могли удовлетворить.

В последней четверти XX века неожиданно возникла парадоксальная теория, предполагающая, что во Вселенной кроме черных есть еще и белые дыры и к ним ведут подпространственные каналы из области сингулярности коллапсаров.

 Белая дыра антиколлапсара

 Серая дыра

Будучи полными антиподами застывших звезд, белые дыры должны постоянно выбрасывать энергию и материю, и хотя белых дыр (впрочем, как и черных) никто еще не видел, их существование вполне вписывается в современную концепцию гравитационного коллапса и безукоризненно с математической точки зрения. Авторами идеи о белых коллапсарах являются физики-теоретики, которые интерпретировали таким образом некоторые необычные решения, полученные при моделировании на сверхмощных компьютерах сценариев возникновения коллапсирующих объектов.

У теоретиков эстафету перехватили астрофизики, которые, основываясь на уравнениях теории гравитации Эйнштейна и их решениях, полученных Шварцшильдом, смело связали возможность существования белых застывших звезд с точками разрыва между различными вселенными, одна из которых связана с черной дырой, а вторая — с белой. При этом может существовать некий подпространственный туннель, на одном конце которого располагается черная дыра со стороны нашей Вселенной, а на другом — белая дыра со стороны уже иного мира.

Ученые полагают, что вся материя, исчезающая в черной дыре, в неизмененном виде выбрасывается через белую. Но происходит это совершенно парадоксальным образом, а не в последовательности «поглощение — выброс». Согласно теории относительности, время в подобных межпространственных каналах способно течь вспять, и поэтому сам по себе момент выброса материи из перехода может произойти до момента ее поглощения.

Кроме черных и белых дыр можно представить себе еще и необычные коллапсары, в которых вещество выбрасывается из внутренней оболочки вблизи сингулярности и поднимается на некоторую высоту над горизонтом событий застывшей звезды, чтобы затем опять устремиться под гравитационную оболочку. В своих теоретических моделях некоторые физики настойчиво доказывают, что геометрия коллапсаров вполне допускает наличие подобных явлений для нового вида небесных тел, названных серыми дырами.

Если представления об обычных гравитационных коллапсарах появились в исследованиях эволюции звезд, то идеи о белых и серых дырах возникли в чисто теоретических построениях, связанных с попытками хоть как-то прояснить внутреннюю структуру застывших звезд.

Детальное изучение процессов гравитационного коллапса показало, что возможность образования стационарных серых и белых дыр крайне мала. Однако большинство реальных звезд вращается, как стремительные волчки, и следовательно, из них должны образовываться крутящиеся черные дыры. Если попытаться детально представить гравитационный коллапс вращающегося светила, то надо учитывать и обширные области пространства-времени, находящиеся над гравитационной поверхностью формирующейся застывшей звезды.

Именно отсюда следует логический вывод, что подобная звезда, превращающаяся в черную дыру в одной вселенной, может предстать белой дырой в ином мире. Так, сингулярность гравитационного коллапса в одной вселенной может отразиться расширяющимся антиколлапсом в другую вселенную. Причем устойчивость этих странных белых дыр напрямую зависит от скорости вращения исходного коллапсирующего объекта.

Схематическая модель вращающейся белой дыры была разработана во второй половине прошлого века советским астрофизиком и космологом Игорем Дмитриевичем Новиковым. Относительно стационарных белых дыр профессор Новиков предположил, что, несмотря на их нестабильность, эти образования могли бы играть важную роль в процессе рождения нашего мира.

В этом взрывном процессе отдельные области протопространства напоминали осколки от взрыва гранаты, не принимая участия во всеобщем расширении, сохраняя признаки первичной протосингулярности. Когда же подобные осколки довзрывного состояния начали наконец расширяться, они и проявили все свойства белых дыр. Это должны быть удивительнейшие образования, представляющие собой «доисторические» фрагменты сингулярности Большого взрыва, из которой в нашу Вселенную ворвались вещество и излучение.

Именно размышления о том, что некие остатки Большого взрыва могли сохраняться очень длительное время, привели Игоря Дмитриевича к предположению о возможности существования белых дыр.

Система из черной и белой дыр, называемая мостом Эйнштейна — Розена (по имени исследовавших этот феномен ученых)

Вращающаяся белая дыра

По его расчетам, вокруг каждого подобного посланца из сингулярного мира должно накапливаться колоссальное количество мощнейшего излучения фиолетовой части спектра. Через определенное время в фиолетовом слое соберется много света и его массовые и энергетические характеристики начнут настолько сильно искривлять пространство-время, что вокруг зародыша белой дыры замкнется эргосфера гравитационного коллапсара. Время такого превращения белой дыры в черную занимает где-то тысячные доли секунды.

За прошедшие годы проблема белых дыр неоднократно поднималась космологами и астрофизиками, причем ученые прекрасно понимали, что, если от Большого взрыва и сохранились удивительные элементы протосингулярности, обнаружить их будет далеко не просто, поскольку не очень-то и понятно, как они должны выглядеть.

При теоретическом анализе внутренней геометрии гравитационного коллапсара выяснилось, что горизонт будущего для одной вселенной может в то же время как бы являться горизонтом прошлого для другой. То есть любой горизонт событий застывшей звезды в одной вселенной представляет «с изнанки» еще один горизонт событий, через который материя попадает уже из белой дыры в иную вселенную.

Вопрос только в том, когда же это может произойти. Ответ найти непросто, и надо опять окунуться в глубины микромира. Мы уже знаем, что при изучении рождения пар элементарных частиц физики открыли, что лишенное вещества пространство вакуума заполнено виртуальными парами частиц. Например, для любой точки физического вакуума можно сопоставить наличие виртуальной пары электрон — позитрон.

В другую точку можно поместить виртуальную пару протон — антипротон. В каждом приведенном случае влияние виртуальных частиц в полной мере компенсируется влиянием виртуальных античастиц. А теперь представим, что извне падает достаточно мощный гамма-квант и соударяется с виртуальной парой частица — античастица. Виртуальная пара может поглотить столько энергии, что станет вещественной и появится в нашем мире. Таким образом, со стороны процесс «овеществления» пар элементарных частиц воспринимается как поглощение виртуальными парами энергии, превращающей их в реальные микрообъекты.

Ну а теперь давайте вспомним, что происходит вблизи пространственно-временной сингулярности в застывшей звезде. Все что падает на сингулярность, разрывается на части приливными силами, поскольку в непосредственной близости от сингулярности они настолько велики, что способны разрушить любой объект. 

 У горизонта событий белой дыры

Вселенная белых дыр

Ну а теперь рассмотрим еще раз физический вакуум, окружающий эргосферу — область пространства-времени, расположенную между горизонтом событий и так называемым пределом статичности. Объекты, находящиеся в пределах эргосферы, неизбежно вращаются вместе с застывшей звездой. Космический корабль, попавший в эргосферу, мог бы еще, в принципе, вырваться наружу, имея достаточную мощность двигателей. Физический вакуум просто кипит океаном невидимых виртуальных частиц, непрерывно рождая такие же виртуальные пары частица — античастица. В области сингулярности приливные силы вполне способны разорвать эти пары на отдельные элементы.

Теория предсказывает, что сам процесс разрыва пар может оказаться настолько сильным, что каждая виртуальная частица получит энергетическую возможность стать реальным микрообъектом. Так в субсингулярном пространстве возникают потоки частиц и античастиц.

Предсказание этого явления впервые встречается в оригинальных теоретических статьях Стивена Хокинга и приводит к некоторым важным выводам. Таким образом, если в стационарном коллапсаре возникает сингулярность, то она теоретически может разорвать около себя метрику пространства-времени и заполнить коллапсар веществом и антивеществом. Во вращающихся коллапсарах процесс должен протекать аналогично.

Надо еще учитывать то, что в газопылевом диске, опоясывающем застывшую звезду, скорости частиц достаточно велики, так что их столкновения порождают интенсивное электромагнитное излучение, включая высокоэнергичные фотоны рентгеновского излучения. Через некоторое время непрерывные столкновения уменьшают энергию частиц и скорость их вращения вокруг черной дыры, так что они начинают постепенно приближаться к гравитационной оболочке коллапсара и поглощаться им.

Другая часть заряженных частиц дрейфует в магнитосфере коллапсара к его полюсам, чтобы затем вылететь оттуда в гигантском джете. Так образуются выбросы частиц, излучающих радиоволны при столкновении с межзвездной материей. Длина подобных выбросов может достигать одного миллиона световых лет.

Изложенные теоретические результаты позволили многим астрофизикам считать, что в нашей Вселенной может существовать равное число белых и черных дыр, что само по себе выглядит достаточно парадоксально. Кроме того, высказывались предположения, что серые и белые дыры равномерно разбросаны по всей Метагалактике и их можно найти даже в окрестностях Солнечной системы.

Вход в иные миры

И сразу же возникает любопытный вопрос: а можно ли найти белые «обратные коллапсары» в окрестностях Солнечной системы? Несмотря на изрядную фантастичность подобного предположения, астрономы изредка сообщают о все новых источниках энергии, расположенных на окраине Вселенной и чем-то напоминающих колоссальные космические вулканы, которые извергают материю, поглощенную замерзшими звездами.

А нельзя ли использовать связь между черными и белыми коллапсарами для построения трансмирового пути между разными вселенными? Ведь идея о существовании внепространственных переходов-туннелей давно уже будоражит умы не только писателей-фантастов, но и вполне солидных ученых. Пока еще главная теоретическая проблема — в краткости мига самого перехода. Призрачный мост между мирами, по всем расчетам, может возникнуть лишь на очень краткие доли мгновения как некая эфемерная вспышка, освещающая изнанку черной дыры.

Полет в иную вселенную

И если белая дыра даже в десяток раз превышает размеры нашего Солнца, то она «сгорит» за тысячные доли секунды, и даже для колосса в миллионы солнечных масс время жизни измеряется всего лишь минутами.

Впрочем, даже если это совершенно фантастическое путешествие когда-нибудь и состоится, отважным космонавтам придется столкнуться со многими затруднениями. Например, их ждет полная неизвестность за границами замерзшей звезды, да и совершенно непонятно, как будет выглядеть мир, в который они попадут. И если даже звездолет уцелеет в новой реальности иного мира, неясно, в каком месте чужой вселенной расположится белая дыра, выбросившая космический корабль.

Столкновение белой и черной дыр

Шанс попасть в родной мир у путешественников останется один на миллиард. Но если допустить, что путешественники сумеют определить, какая именно застывшая звезда связана с их родной Вселенной, они, скорее всего, вернутся совсем в иные времена.

Ведь наверняка в силу различных парадоксов теории относительности даже несколько дней для космонавтов, проведенных на борту звездолета в ином мире, выльются в тысячи, а то и миллионы лет, прошедших в нашей Вселенной. Возвратившись в родной мир, экспедиция может не найти ни Солнечной системы, ни Млечного Пути. Впрочем, все эти опасности совсем не пугают энтузиастов внепространственных путешествий, и они уже давно рассуждают, как могут выглядеть космические корабли, способные пролететь через подпространственные ходы, связывающие разноименные коллапсары.

Пока еще все рассуждения о путешествиях через подпространственные каналы, состоящие из порталов черных и белых дыр, выглядят настоящей фантастикой. Да и само существование белых дыр предстает сугубо гипотетическим предположением, правда, подкрепленным множеством математических выкладок и даже компьютерными моделями. Возможно, открытие в будущем реальных белых дыр знаменует для наших потомков получение подпространственного канала, по которому можно будет получать какую-нибудь информацию из иного мира.

Можно даже пофантазировать, что вместе с потоками излучения из белого коллапсара когда-нибудь вылетит аппарат, созданный по ту сторону мироздания. Ну а наиболее любопытным будет, если это окажется земной транспространственный зонд, ушедший в странствия через черную дыру и вернувшийся в иные времена через белую… На самом деле ученые все чаще задумываются о том, куда же все-таки исчезает материя, попавшая в бездонный провал застывшей звезды.

Белая дыра как антипод черной

Рентгеновские звездные источники

Белым дырам может быть уготована и совершенно необычная роль спасителей человечества. Все чаще встречаются научно-популярные статьи, в которых вполне серьезно обсуждаются всяческие методы борьбы с угрозой будущей встречи с застывшими звездами, способными легко поглотить не только нашу планету, но и всю Солнечную систему. Наиболее радикальным методом активного противодействия блуждающим звездным каннибалам было бы, конечно, торпедирование их загадочными белыми коллапсарами.

В теории это выглядело бы так: некое совершенно фантастическое устройство выстреливает чередой миниатюрных белых дыр, которые, пересекая эргосферу коллапсара, сливаются вместе и в конечном итоге поглощают черную дыру. Так, несколько лет назад довольно близко от нашей планеты с громадной скоростью промчалось очень странное небесное тело, которое астрономы рассматривают как вероятного кандидата в черные дыры. Непосредственное столкновение подобного физического объекта с нашей планетой грозит ужасными бедами, ведь, согласно проведенным расчетам, Земля могла быть поглощена коллапсаром и, пройдя за горизонт событий, сжаться в сантиметровый шарик. Вот здесь и пригодилась бы некая фантастическая катапульта с белой дырой.

Жизненный путь разных звезд

Это интересно

В настоящий момент на роль одного из самых экзотических объектов Метагалактики — белой дыры — претендует рентгеновская вспышка, значащаяся в астрономических каталогах как GRB 060614. Этот феномен был зафиксирован в июне 2006 года в созвездии Индейца на расстоянии 1,6 млн световых лет. Астрофизики долго искали причину этого всплеска энергии и в итоге пришли к выводу, что наиболее вероятны два варианта: либо GRB 060614 свидетельствует о появлении какого-то необычного вида массивных сверхновых, поскольку на месте вспышки ничего обнаружено не было, либо астрономам наконец-то встретилась белая дыра, возникшая, в полном соответствии с теорией, посреди космической пустоты на краткий миг выброса энергии и материи.