Club Aurora

Твоят прозорец към космоса.

Какво са белите дупки и какво би означавало тяхното разгадаване
Реалното потвърждение на Теорията на относителността навежда на въпроса дали и други базирани на нея хипотези са истина, като бели дупки. Какво представляват те... Какво са белите дупки и какво би означавало тяхното разгадаване

Всеки е чувал за черни дупки. Те са неизменна част от научната фантастика, като са им преписвани множество свойства – от хипер-пътуване в пространството и времето, до портал към паралелни измерения. В реалния свят те представляват загадка, за която повече можем да спекулираме, от колкото знаем. За първи път споменати от учения Шварцшилд, който се позовава на Общата теория на относителността на Айнщайн, тяхното съществуване бе доказано през 2015 година, чрез засичане на гравитационните вълни причинени от тях.

%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B8-%D0%B2%D1%8A%D0%BB%D0%BD%D0%B8 Какво са белите дупки и какво би означавало тяхното разгадаване
Източник: The SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) Project

Но едва по-рано тази година, близо век след тяхното теоретично предсказване, учени от института Макс Планк успяха да заснемат първата черна дупка.

%D1%87%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%B0-%D0%B4%D1%83%D0%BF%D0%BA%D0%B0 Какво са белите дупки и какво би означавало тяхното разгадаване
Източник: Event Horizon Telescope Collaboration
На снимката се вижда как черната дупка (в средата) привлича чрез изключително силната си гравитация светлината около нея. Тази черна дупка се намира в центъра на галактиката М87, която е на приблизително 53,5 милиона светлинни години отдалечена от нас.

Поредното реално потвърждение на изчисленията свързани с Теорията на относителността навежда на въпроса дали и други базирани на нея хипотези са истина, като сходните, но и противоположни на черните дупки – бели дупки. Какво представляват те и защо тяхното разгадаване е ключово за развитието на съвременната физика, ще разберете в следващите редове.

Същност

Теорията за белите дупки се ражда от математическите уравнения произлезли от Теорията на относителността. Те представляват „преобърната” черна дупка, която има аналогични характеристики, като сингулярност в центъра (точка с маса с безкрайна плътност, където законите на нютоновата физика не са валидни) и хоризонт на събитията. Черните дупки са „черни” поради огромното им гравитационното поле, което не позволяват на каквото и да е лъчение да се изтръгне от хоризонта на събитията и затова ние виждаме черна дупка, или липса на светлина. А белите дупки, като техен антипод, са назовани с противоположния цвят – бялото, защото тяхната най-съществена характеристика е, че те изхвърлят материя с висока скорост и произтичащите от това лъчения (вкл. светлина). А от гледната точка на четвъртото измерение – времето, те могат да се възприемат като черни дупки, за които времето тече обратно.

Теоретично погледнато, идеята за белите дупки има един вроден недостатък, и той е, че материята изхвърлена от тях притежава гравитация и би следвало да се самокомпресира в момента на нейното отделяне. Това ще доведе или до превръщането на бялата дупка в черна, или до нейната експлозия. (Коментар: Би било възможно в състояние на обратно протичане на времето гравитационните вълни да имат обратна посока и така да се осъществява изхвърлянето на материята. Но имайки в предвид зародишното състояние на разбирането ни за гравитацията, тази идея няма как да бъде изследвана в момента.)

Енигмата на белите дупки се крие и във факта, че са толкова трудно откриваеми, дори и да съществуват. Както бе споменато по-горе, те имат хоризонт на събитията. При черните дупки това е областта около тях, от където нищо не може да избегне гравитацията им и бива „засмукано”. Това е и черното петно, което ние наричаме черна дупка. За белите дупки, хоризонтът на събитията представлява заобикалящата ги област, от която нищо би могло да ги достигне. Това се отнася и до светлината, и  означава, че ние не бихме могли да ги видим. Някои смели умове дори си позволяват да спекулират, че поради този феномен е възможно  съществуването на малки и неоткриваеми джобни вселени (pocket universes) или, че нашата вселена би могла да е такава.

Към днешна дата има едно явление, за което е смятано, че най-логичното обяснение за него е бяла дупка. Това е хибридното избухване на гама лъчи GRB 060614 в съзвездието Индианец през 2006 година, което въпреки дългата си продължителност, има характеристиките на кратко избухване на гама лъчение. Т.е. този консенсус е постигнат поради липса на по-подходящо обяснение.

%D0%B3%D0%B0%D0%BC%D0%B0-%D0%B8%D0%B7%D0%B1%D1%83%D1%85%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B5 Какво са белите дупки и какво би означавало тяхното разгадаване
Избухването GRB 060614. Източник: ESO

 

Хипотези за тяхното възникване

Белите и черни дупки са свързани посредством портал (червеева дупка).

Белите дупки все още са считани за математическа хипотеза, т.е. за несъществуващи. На теория те могат да възникнат само във вакуум, но по този начин те не биха били направени от нищо и следователно не биха могли да съществуват. И все пак, спекулации за тяхното наличие не липсват. Една от възможностите е те да са скачени към черните дупки, като двете страни на една монета, свързани чрез портал или т.н. червеева дупка. Чрез използването на ротацията на сингулярността в центъра, би било възможно да се премине от черната дупка през бялата и с това в друга част от вселената, друго време, или в изцяло друга вселена. Най-подкрепяното твърдение е, че белите дупки са портал към същата вселена, но където времето тече на обратно. И все пак, тази идея използвана в научната фантастика не би могла да бъде възпроизведена в реалността, понеже материята засмукана от черната дупка би разрушила свързващия тунел. (Това би било възможно само при наличието на хипотетичната екзотична материя, която има негативна енергия.)

%D1%87%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%B5%D0%B5%D0%B2%D0%B0-%D0%B4%D1%83%D0%BF%D0%BA%D0%B0 Какво са белите дупки и какво би означавало тяхното разгадаване
Предположение как би могла да изглежда една червеева дупка. Източник: © edobric | Shutterstock

Ащекар предлага алтернативна интерпретация на червеевите дупки, която компенсира споменатите недостатъци. Той предполага, че сингулярността не съществува. Вместо това, гравитацията постепенно намалява, като на края се „излиза ” от черната дупка през бялата.

Белите дупки възникват от умрели черни дупки

Хагард и Ровели предполагат, че те произлизат от черните дупки, но времето необходимо да се случи това е квадрилион  пъти възрастта на нашата вселена. С цел разгадаване на белите дупки, те излизат извън конвенционалните схващания, като предлагат алтернатива за същността на вселената. Примковата квантова гравитация (loop quantum gravity) обединява Общата теория на относителността и квантовата механика, като предлага основните градивни частици на времепространството да са примки. Тези структурни единици биха възпрели сингулярността на една черна дупка да рухне под собствената си гравитация, а като се достигне лимита на разграждане на материята до тези примки, каквото и да било допълнително налягане би причинило отскок на материята, или черната дупка би се превърнала в бяла. Възможно е това да се случи само за една милисекунда, но поради хоризонта на събитията и поради времевото изкривяване в следствие на гравитационните сили, за всеки страничен наблюдател това би траело квадрилион билиона години. Това означава, че белите дупки може и да съществуват, но е твърде рано, за да бъдат наблюдавани.

Посредством този модел, същият екип от учени предлага интерпретация за структурирането на вселената. Те твърдят, че в хомогенната и изотропна първична вселена след Големия взрив, именно бели дупки са причинителите на скупчване на материя в галактики и галактически струпвания (клъстери). Екипът на Ровели се базира на теории от 60те и 70те години, които считат, че секунди след Големия взрив, поради неконсистенции и колебания из първичната материя, се раждат миниатюрни първични черни дупки, а след смъртта си се превръщат в миниатюрни бели дупки. Поради малката маса, този процес би се случил за кратко време.

В по-мащабен аспект, Големият взрив също би могъл да се интерпретиран като бяла дупка, а всяка последвала бяла дупка може да се възприема като Малки взривове или ядра със закъснение. Ако това е вярно, то това означава, че Големият взрив произхожда от мега черна дупка, която е съществувала в една предна вселена. Това е и хипотезата за Големия отскок. Но поради липсата на наличие за свиване на вселената и потенциалната ѝ концентрация в огромна черна дупка, която да даде живот на една нова „отскокна” вселена, тази хипотеза няма много привърженици.

Отговор на парадокси

Защо учените се занимават толкова отдадено с хипотезата за белите дупки? Вярва се, че те са разковничето на един проблем обхващащ физиката свързана с черните дупки – техния информационен парадокс. Един от физическите постулати е, че информация от какъвто и да е вид не може да бъде изтрита. Но в Теорията на относителността, всичко което е прихванато от гравитацията на едно черна дупка не може да избяга. Тези две твърдения не си противоречат, ако всичко привлечено от черната дупка се складира в нея. Но Стивън Хокинг открива Хокинговата радиация през 70те години, което означава, че черните дупки се изпаряват с времето и биха изчезнали ако не поглъщат достатъчно материя. Парадоксът тогава е, какво се случва с тази информация? Ако черните дупки се превръщат в бели, това означава, според Хагард, че информацията не е загубена, а се възстановява.

Друг парадокс, който може да бъде разрешен посредством белите дупки е за наличието на черната материя. Според Ровели и Видото, възможно е микроскопични бели дупки да представляват по-голямата част от черната материя във вселената. Понеже те са по-малки от честотата на трептене на светлината, те би трябвало да са невидими, да нямат лъчение и да бъдат отблъсквани от елементарните частици, които по случайност се натъкват на тях.

Какво би допринесло разгадаването на мистерията на белите дупки?

Един от основните проблеми на теорията за белите дупки е, че все още не разполагаме с достатъчно информация, за да можем да правим обосновани предположения, които могат да подлежат на проверка. В сингулярността, законите на класическата физика са невалидни, понеже мощната гравитация разпада материята до нейните най-базисни съставни частици, където действат все още неразгаданите закони на квантовата физика. Според учения от Колорадския университет Андрю Хамилтън, разнищването на същността на гравитацията и намирането на универсални физически закони, валидни на квантово и стандартно ниво, би опосредствало доказването на белите дупки. Но и обратното би било възможно – при откриването на бяла дупка, би било възможно да разгадаем загадки на вселената като кои са повсеместните физически закони, кои са най-базисните частици, как се е родила вселената, защо времето тече само в една посока, има ли други измерения и много други.

Източници:

Mihaela Karcheva

Mihaela Karcheva

Михаела е политолог и политически анализатор, но се интересува от астрофизика и нови технологии, като ги е превърнала в свое хоби.

Leave a Reply

avatar
  Subscribe  
Notify of