Можливо, у Всесвіті існує спосіб утворення білих дір.
Згідно з новим, вкрай теоретичним дослідженням, ці гіпотетичні об’єкти можуть виникати через своєрідний квантовий «відскок» у центрі чорної діри, викидаючи не лише матерію, а й сам час із її глибин.
Саме час є основною проблемою чорних дір. У певний момент потік припиняється, а разом із ним зникає і вся інформація, яку він переносив. Це порушує один із фундаментальних принципів квантової фізики, що спонукало дослідників переосмислити саме поняття часу.
«Хоча зазвичай час вважається відносним до спостерігача, у нашому дослідженні він визначається таємничою темною енергією, яка пронизує весь Всесвіт», — пояснює фізик Штеффен Гілен з Шеффілдського університету у Великій Британії.
«Ми припускаємо, що час вимірюється темною енергією, яка присутня скрізь у Всесвіті та відповідає за його розширення. Це ключова ідея, що дозволяє нам зрозуміти явища, які відбуваються всередині чорної діри».
Чорні діри – одні з найзагадковіших об’єктів у Всесвіті. Це області простору-часу, де матерія досягає настільки екстремальної густини, що її можна описати лише як сингулярність – одновимірну точку нескінченної щільності.
Деякі з них утворюються після колапсу ядер масивних зірок, які більше не підтримуються тиском термоядерного синтезу. Під дією гравітації ці ядра стискаються, створюючи настільки щільну область простору, що навіть світло не може подолати її гравітаційне поле. Усе, що наближається надто близько, невідворотно поглинається чорної дірою.
Або ж ні. Можливо, існують білі діри. Як випливає з назви, ці гіпотетичні об’єкти є повною протилежністю чорних дір – вони не поглинають матерію, а викидають її назовні.
Наразі немає доказів існування білих дір, але Гілен і його колега, теоретичний фізик Лусія Менендес-Підаль з Мадридського університету Комплутенсе, показали, що чорна діра може перетворитися на білу діру – принаймні в теорії.
Вони побудували свої розрахунки на основі математичної моделі чорної діри, відомої як плоска чорна діра, у просторі анти-де Сіттера – викривленій версії нашого Всесвіту.
Ця модель є спрощеним варіантом реальної чорної діри, що описується у двох негативно викривлених вимірах – на площині у формі сідла, а не у тривимірному просторі.
Потім вони застосували квантову механіку, щоб вивчити поведінку сингулярності.
«Давно постало питання, чи може квантова механіка змінити наше розуміння чорних дір і допомогти нам розкрити їхню справжню природу», — зазначає Гілен. «У квантовій механіці час не може просто зникнути, адже системи постійно змінюються та еволюціонують».
Згідно з загальною теорією відносності, гравітаційне поле навколо сингулярності є нескінченно потужним, що робить його малозрозумілим як для квантової механіки, так і для відносності.
Однак, кидаючи виклик деяким базовим припущенням, можливо знайти лазівки, які перетворять «неможливу» сингулярність на щось зрозуміліше.
Гілен і Менендес-Підаль виявили, що всередині чорної діри, замість сингулярності, формується область, де відбуваються значні квантові флуктуації – зміни енергії простору-часу.
У цій моделі чорна діра перетворюється на білу діру, а сингулярність і горизонти визначаються як області екстремальних квантових флуктуацій, де час не припиняється, а «відскакує», зберігаючи при цьому всю інформацію.
Ця концепція не є новою – раніше дослідники припускали, що по той бік чорних дір можуть існувати певні квантові «відлуння». Але переосмислення самого поняття часу може відкрити нові горизонти в дослідженні сингулярностей.
Навколо білих дір залишається багато питань, і є вагомі причини сумніватися в їхньому існуванні. Дане дослідження є суто теоретичним і не намагається довести реальність білих дір, а радше допомагає краще зрозуміти природу чорних дір.
Окрім цього, фізики прагнуть знайти спосіб поєднати дві, здавалося б, несумісні теорії – загальну теорію відносності та квантову механіку – у єдиній фізичній картині світу. Подібні роботи є кроками на шляху до розв’язання цієї фундаментальної проблеми.
До того ж, це просто неймовірно цікаво.
«Гіпотетично спостерігач – абстрактна сутність – міг би пройти через чорну діру, через те, що ми називаємо сингулярністю, і з’явитися з іншого боку білої діри», – каже Гілен. «Це дуже абстрактне уявлення про спостерігача, але в теорії це можливо».
