✖


Jump to content

Белая дыра

(Перенаправлено с «Белых дыр »)
Чтобы узнать о других значениях, см. Белая дыра (значения) .
Общая теория относительности
Схема кривизны пространства-времени
Фундаментальные понятия
Явления
  • Уравнения
  • Формализмы
Решения
Ученые

В общей теории относительности белая дыра — это гипотетическая область пространства-времени и сингулярности , в которую нельзя проникнуть извне, хотя энергия — материя , свет и информация могут выйти из нее. В этом смысле это обратная сторона черной дыры , из которой не могут выбраться энергия-материя, свет и информация. Белые дыры появляются в теории вечных черных дыр . Помимо области черной дыры в будущем такое решение уравнений поля Эйнштейна имеет область белой дыры в прошлом. [1] Однако эта область не существует для черных дыр, образовавшихся в результате гравитационного коллапса , и не наблюдается никаких наблюдаемых физических процессов, посредством которых могла бы образоваться белая дыра.

Теоретически предсказано, что сверхмассивные черные дыры (СМЧД) находятся в центре каждой галактики и могут иметь важное значение для их формирования. Стивен Хокинг [2] и другие предположили, что эти сверхмассивные черные дыры могут порождать сверхмассивные белые дыры. [3]

Обзор

[ редактировать ]

Подобно черным дырам, белые дыры обладают такими свойствами, как масса , заряд и угловой момент . Они притягивают материю, как и любая другая масса, но объекты, падающие в сторону белой дыры, никогда на самом деле не достигнут горизонта событий белой дыры (хотя в случае максимально расширенного решения Шварцшильда , обсуждаемого ниже, горизонт событий белой дыры в прошлом становится черным). горизонт событий дыры в будущем, поэтому любой объект, падающий к ней, в конечном итоге достигнет горизонта черной дыры).Представьте себе гравитационное поле без поверхности. Ускорение силы тяжести является наибольшим на поверхности любого тела. Но поскольку у черных дыр нет поверхности, ускорение силы тяжести возрастает экспоненциально, но никогда не достигает конечного значения, поскольку в сингулярности нет рассматриваемой поверхности.

В квантовой механике черная дыра испускает излучение Хокинга и поэтому может прийти в тепловое равновесие с излучающим газом (не обязательно). Поскольку состояние теплового равновесия инвариантно к обращению времени, Стивен Хокинг утверждал, что обращение времени черной дыры в тепловом равновесии приводит к появлению белой дыры в тепловом равновесии (каждая из которых поглощает и излучает энергию в одинаковой степени). [4] [ нужны дальнейшие объяснения ] Следовательно, это может означать, что черные дыры и белые дыры имеют взаимную структуру, при этом излучение Хокинга обычной черной дыры отождествляется с излучением энергии и материи белой дырой. Полуклассический аргумент Хокинга воспроизводится в квантовомеханической трактовке AdS/CFT : [5] где черная дыра в антидеситтеровском пространстве описывается тепловым газом в калибровочной теории , обращение времени которого такое же, как и она сама.

История

[ редактировать ]
Схема структуры максимально расширенного пространства-времени черной дыры . Горизонтальное направление — это пространство, вертикальное — время.

В 1930-х годах физики Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер представили идею белых дыр как решение Эйнштейна уравнений общей теории относительности . Эти уравнения, лежащие в основе современной физики, описывают искривление пространства-времени из-за массивных объектов. В то время как черные дыры рождаются в результате коллапса звезд, белые дыры представляют собой теоретическое рождение пространства, времени и, возможно, даже вселенных. В центре пространство и время не заканчиваются сингулярностью, а продолжаются через короткую переходную область, где уравнения Эйнштейна нарушаются квантовыми эффектами. Из этой области пространство и время возникают со структурой внутренней части белой дыры, возможность, которую уже предположил Джон Лайтон Синдж . [6]

Возможность существования белых дыр была выдвинута космологом Игорем Новиковым в 1964 году. [7] разработал Николай Кардашев . [8] Белые дыры предсказываются как часть решения уравнений поля Эйнштейна, известного как максимально расширенная версия метрики Шварцшильда. [ нужны разъяснения ] описывающая вечную черную дыру без заряда и вращения. Здесь «максимально расширенное» подразумевает, что пространство-время не должно иметь никаких «краев». Для любой возможной траектории свободно падающей частицы (следующей геодезической ) в пространстве-времени должна быть возможность продолжить этот путь сколь угодно далеко в будущее частицы, если только траектория не встретит гравитационную сингулярность, подобную той, что находится в центре черной дыры. интерьер. Оказывается, чтобы удовлетворить этому требованию, помимо внутренней области черной дыры, в которую попадают частицы, падая через горизонт событий извне, должна существовать отдельная внутренняя область белой дыры, что позволяет экстраполировать траектории частиц, которые, как видит внешний наблюдатель, поднимаются над горизонтом событий. Для внешнего наблюдателя, использующего координаты Шварцшильда , падающим частицам требуется бесконечное время, чтобы достичь горизонта черной дыры бесконечно далеко в будущем, в то время как исходящие частицы, которые проходят мимо наблюдателя, путешествуют наружу в течение бесконечного времени с момента пересечения горизонта белой дыры бесконечно далеко в будущем. прошлое (однако частицы или другие объекты испытывают лишь конечный опыт собственное время между пересечением горизонта и прохождением стороннего наблюдателя). Черная/белая дыра кажется «вечной» с точки зрения внешнего наблюдателя в том смысле, что частицы, движущиеся наружу из внутренней области белой дыры, могут пройти мимо наблюдателя в любой момент, а частицы, движущиеся внутрь, в конечном итоге достигнут черной дыры. Внутренняя область дыры также может пройти наблюдателя в любой момент.

Точно так же, как существуют две отдельные внутренние области максимально расширенного пространства-времени, существуют также две отдельные внешние области, иногда называемые двумя разными «вселенными», причем вторая вселенная позволяет нам экстраполировать некоторые возможные траектории частиц в двух внутренних областях. Это означает, что внутренняя область черной дыры может содержать смесь частиц, попавших из любой вселенной (и, таким образом, наблюдатель, попавший из одной вселенной, мог бы увидеть свет, попавший из другой), а также частицы из внутренней области белой дыры может уйти в любую вселенную. Все четыре региона можно увидеть на пространственно-временной диаграмме, в которой используются координаты Крускала – Секереса (см. рисунок). [9]

В этом пространстве-времени можно придумать такие системы координат, что если вы выберете гиперповерхность постоянного времени (набор точек, которые все имеют одинаковую временную координату, так что каждая точка на поверхности имеет пространственное разделение, давая так называемую «пространственноподобную поверхность») и нарисуйте «диаграмму вложения», изображающую кривизну пространства в этот момент, диаграмма вложения будет выглядеть как трубка, соединяющая две внешние области, известная как «мост Эйнштейна-Розена». "или червоточина Шварцшильда . [9] В зависимости от того, где выбрана пространственноподобная гиперповерхность, мост Эйнштейна-Розена может либо соединять два горизонта событий черных дыр в каждой вселенной (при этом точки внутри моста являются частью области черной дыры пространства-времени), либо два горизонты событий белых дыр в каждой вселенной (при этом точки внутри моста являются частью области белых дыр). Однако невозможно использовать мост для перехода из одной вселенной в другую, поскольку невозможно войти в горизонт событий белой дыры снаружи, и любой, кто войдет в горизонт черной дыры из любой вселенной, неизбежно попадет в сингулярность черной дыры. .

Обратите внимание, что максимально расширенная метрика Шварцшильда описывает идеализированную черную/белую дыру, которая существует вечно с точки зрения внешних наблюдателей; более реалистичная черная дыра, которая образуется в определенный момент из коллапсирующей звезды, потребует другой метрики. Когда падающая звездная материя добавляется к диаграмме истории черной дыры, она удаляет часть диаграммы, соответствующую внутренней области белой дыры. [10] Но поскольку уравнения общей теории относительности обратимы во времени – они демонстрируют симметрию обращения времени – общая теория относительности должна также допускать обращение времени для этого типа «реалистичных» черных дыр, которые образуются из коллапса материи. Обратным во времени случаем была бы белая дыра, существовавшая с момента возникновения Вселенной и испускающая материю до тех пор, пока она, наконец, не «взорвется» и не исчезнет. [11] Несмотря на то, что такие объекты теоретически разрешены, физики не воспринимают их так серьезно, как черные дыры, поскольку не было бы процессов, которые естественным образом привели бы к их образованию; они могли бы существовать только в том случае, если бы были встроены в начальные условия Большого взрыва . [11] Кроме того, прогнозируется, что такая белая дыра будет крайне «нестабильной» в том смысле, что если какое-либо небольшое количество материи упадет к горизонту снаружи, это предотвратит взрыв белой дыры, как его видят далекие наблюдатели, с материей испускаемый сингулярностью, никогда не способный покинуть гравитационный радиус белой дыры. [12]

Характеристики

[ редактировать ]

В зависимости от типа рассматриваемого решения черной дыры существует несколько типов белых дыр. В случае упомянутой выше черной дыры Шварцшильда геодезическая, выходящая из белой дыры, возникает из содержащейся в ней «гравитационной сингулярности». В случае черной дыры, обладающей электрическим зарядом ψ**Ώ**ώ ( черная дыра Рейсснера-Нордстрема ) или угловым моментом , то белая дыра оказывается «выходной дверью» черной дыры, существующей в другой вселенной. . Такая конфигурация черная дыра-белая дыра называется червоточиной . Однако в обоих случаях невозможно достичь области «внутри» белой дыры, поэтому ее поведение – и, в частности, то, что из нее может выйти – предсказать совершенно невозможно. В этом смысле белая дыра — это конфигурация, согласно которой невозможно предсказать эволюцию Вселенной, поскольку она не детерминирована. «Голая сингулярность» является еще одним примером недетерминированной конфигурации, но не имеет статуса белой дыры, поскольку не существует области, недоступной из данной области. В своей основной концепции Большой Взрыв можно рассматривать как голую сингулярность в космическом пространстве, но он не соответствует белой дыре. [13]

Физическая значимость

[ редактировать ]

По способу формирования черная дыра возникает из остатков массивной звезды , ядро ​​которой сжимается, пока не превращается в черную дыру. Такая конфигурация не статична: мы начинаем с массивного и протяженного тела, которое сжимается, образуя черную дыру. Следовательно, черная дыра не существует вечно, и не существует соответствующей ей белой дыры.

Чтобы существовать, белая дыра должна либо возникнуть в результате физического процесса, приведшего к ее образованию, либо присутствовать в результате сотворения Вселенной . Ни одно из этих решений не кажется удовлетворительным: не существует известного астрофизического процесса, который мог бы привести к формированию такой конфигурации, и навязывание ее с момента создания Вселенной равносильно предположению очень специфического набора начальных условий, не имеющего конкретной мотивации.

Ввиду огромных величин излучения квазаров , чья светимость позволяет наблюдать их на расстоянии нескольких миллиардов световых лет , предполагалось, что они являются местом возникновения экзотических физических явлений, таких как белая дыра или явление непрерывного создание материи (см. статью по теории устойчивого состояния ). Сейчас от этих идей отказались, поскольку наблюдаемые свойства квазаров очень хорошо объясняются свойствами аккреционного диска , в центре которого находится сверхмассивная черная дыра . [13]

Большой взрыв/сверхмассивная белая дыра

[ редактировать ]
Основная статья: Большой взрыв
Смотрите также: Ли Смолин § Космологический естественный отбор и космология ударной волны.

Представление о черных дырах, впервые предложенное в конце 1980-х годов, можно интерпретировать как проливающее некоторый свет на природу классических белых дыр. Некоторые исследователи предположили, что при формировании черной дыры в ядре/ сингулярности может произойти Большой взрыв , который создаст новую вселенную, расширяющуюся за пределы родительской вселенной . [14] [15] [16]

Теория гравитации Эйнштейна -Картана-Сиамы-Киббл расширяет общую теорию относительности, устраняя ограничение симметрии аффинной связи и рассматривая ее антисимметричную часть, тензор кручения , как динамическую переменную. Кручение естественным образом объясняет квантово-механический собственный угловой момент ( спин ) материи. Согласно общей теории относительности, гравитационный коллапс достаточно компактной массы образует сингулярную черную дыру. Однако в теории Эйнштейна-Картана минимальная связь между кручением и спинорами Дирака порождает отталкивающее спин-спиновое взаимодействие, которое существенно в фермионной материи при чрезвычайно высоких плотностях. Такое взаимодействие предотвращает образование гравитационной сингулярности. Вместо этого коллапсирующая материя на другой стороне горизонта событий достигает огромной, но конечной плотности и отскакивает, образуя правильный мост Эйнштейна-Розена. [17] Другая сторона моста становится новой, растущей детской вселенной. Для наблюдателей детской вселенной родительская вселенная выглядит единственной белой дырой. Соответственно, наблюдаемая Вселенная — это внутренняя часть черной дыры Эйнштейна-Розена, существующая как одна из, возможно, многих внутри большей Вселенной. Большой взрыв был несингулярным Большим отскоком , при котором наблюдаемая Вселенная имела конечный минимальный масштабный коэффициент. [18]

Космология ударных волн , предложенная Джоэлом Смоллером и Блейком Темплом в 2003 году, рассматривает «большой взрыв» как взрыв внутри черной дыры, создающий расширяющийся объем пространства и материи, включающий наблюдаемую Вселенную. [19] Эта черная дыра в конечном итоге становится белой дырой, поскольку плотность материи уменьшается по мере расширения. Связанная теория предлагает альтернативу темной энергии. [20]

В статье 2012 года утверждается, что сам Большой взрыв — это белая дыра. [21] Это также предполагает, что возникновение белой дыры, получившей название «Малый взрыв», является спонтанным — вся материя выбрасывается за один импульс. Таким образом, в отличие от черных дыр, белые дыры нельзя наблюдать непрерывно; скорее, их последствия могут быть обнаружены только вокруг самого события. В статье даже предлагалось идентифицировать новую группу гамма-всплесков с белыми дырами.

Различные гипотезы

[ редактировать ]

В отличие от черных дыр, для которых существует хорошо изученный физический процесс — гравитационный коллапс (который порождает черные дыры, когда звезда, несколько более массивная, чем Солнце, исчерпывает свое ядерное «топливо»), не существует четкого аналогичного процесса, который надежно приводил бы к образование белых дыр. Хотя были выдвинуты некоторые гипотезы:

  • Белые дыры как своего рода «выход» из черных дыр, оба типа сингулярностей, вероятно, были бы связаны червоточиной ( заметим, что, как и белые дыры, червоточины пока не обнаружены); Когда были открыты квазары , предполагалось, что это и есть искомые белые дыры, но теперь это предположение было отвергнуто. [22]
  • Другая распространенная идея заключается в том, что белые дыры будут очень нестабильными, будут существовать очень короткое время и даже после образования могут коллапсировать и становиться черными дырами.
  • Астрономы Алон Реттер и Шломо Хеллер предполагают, что аномальный гамма-всплеск GRB 060614 , произошедший в 2006 году, был «белой дырой». [23] [24]
  • В 2014 году идея Большого взрыва, возникшего в результате взрыва сверхмассивной белой дыры, была исследована в рамках пятимерного вакуума Мадрисом Агиларом, Морено и Беллини. [25]
  • Наконец, было высказано предположение, что белые дыры могут быть временной инверсией черной дыры . [26] [27]

В настоящее время очень немногие ученые верят в существование белых дыр, и это считается всего лишь математическим упражнением, не имеющим реального аналога. [28]

[ редактировать ]
  • Белая дыра появляется в ​​сериала «Красный карлик» эпизоде одноименном , где главные герои должны найти способ справиться с ее временными последствиями.
  • Белая дыра служит основным источником конфликтов в Yu-Gi-Oh! GX- аниме, поскольку излучаемое им сияние является одновременно разумным и злым, известным как Свет Разрушения.
  • Белая дыра служит очень важной локацией в видеоигре Outer Wilds . В этой игре падение в черную дыру в центре планеты Хрупкая Лощина приводит к этой белой дыре .
  • Белая дыра появляется в мультсериале « Вольтрон: Легендарный защитник» .

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Кэрролл, Шон М. (2004). Пространство-время и геометрия (5,7-е изд.). Аддисон-Уэсли . ISBN  0-8053-8732-3 .
  2. ^ Хокинг и Пенроуз, Природа пространства и времени (Принстон, 1996).
  3. ^ «Является ли Большой взрыв черной дырой?» . math.ucr.edu .
  4. ^ Хокинг, Юго-Запад (1976). «Черные дыры и термодинамика». Физический обзор D . 13 (2): 191–197. Бибкод : 1976PhRvD..13..191H . дои : 10.1103/PhysRevD.13.191 .
  5. ^ Клебанов, Игорь Р. (19 мая 2006 г.). «Лекции ТАСИ: Введение в переписку AdS/CFT». Струны, браны и гравитация . стр. 615–650. arXiv : hep-th/0009139 . Бибкод : 2001sbg..conf..615K . дои : 10.1142/9789812799630_0007 . ISBN  978-981-02-4774-4 . S2CID   14783311 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  6. ^ Карло Ровелли (10 декабря 2018 г.). «Эволюция черной дыры, прослеженная с помощью петлевой квантовой гравитации» . Американское физическое общество .
  7. ^ Старобинский, А. А. (1988). «БЕЛАЯ ДЫРА» [Белая дыра]. У ПРОХОРОВА А.М. (ред.). ФИЗИЧЕСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ (на русском языке). Том. 1. Москва: Советская энциклопедия. п. 184.
  8. ^ Вселенная, жизнь, разум (in Russian). Наука. 1976. p. 310.
  9. ^ Перейти обратно: а б Эндрю Хэмилтон. «Белые дыры и червоточины» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Проверено 12 октября 2011 г.
  10. ^ Эндрю Хэмилтон. «Коллапс в черную дыру» . Проверено 12 октября 2011 г.
  11. ^ Перейти обратно: а б Уилер, Дж. Крейг (2007). Космические катастрофы: взрывающиеся звезды, черные дыры и картирование Вселенной . Издательство Кембриджского университета . стр. 197–198 . ISBN  978-0-521-85714-7 .
  12. ^ Фролов Валерий П.; Игорь Дмитриевич Новиков (1998). Физика черных дыр: основные концепции и новые разработки . Спрингер. стр. 580–581 . ISBN  978-0-7923-5145-0 .
  13. ^ Перейти обратно: а б «Белая дыра: определение и объяснения» . Techno-Science.net .
  14. ^ Э. Фахри и А.Х. Гут (1987). «Препятствие на пути создания Вселенной в лаборатории» (PDF) . Буквы по физике Б. 183 (2): 149–155. Бибкод : 1987PhLB..183..149F . дои : 10.1016/0370-2693(87)90429-1 .
  15. ^ Никодем Ю. Поплавский (2010). «Радиальное движение в мост Эйнштейна – Розена» . Буквы по физике Б. 687 (2–3): 110–113. arXiv : 0902.1994 . Бибкод : 2010PhLB..687..110P . дои : 10.1016/j.physletb.2010.03.029 . S2CID   5947253 .
  16. ^ «Каждая черная дыра содержит другую вселенную?» . Национальные географические новости . 12 апреля 2010 г. Архивировано из оригинала 27 августа 2019 г.
  17. ^ Н. Я. Поплавский (2010). «Космология с кручением: альтернатива космической инфляции». Буквы по физике Б. 694 (3): 181–185. arXiv : 1007.0587 . Бибкод : 2010PhLB..694..181P . дои : 10.1016/j.physletb.2010.09.056 .
  18. ^ Н. Поплавский (2012). «Несингулярная космология большого отскока от спинорно-торсионной связи». Физический обзор D . 85 (10): 107502. arXiv : 1111.4595 . Бибкод : 2012PhRvD..85j7502P . дои : 10.1103/PhysRevD.85.107502 . S2CID   118434253 .
  19. ^ «Космос начинался как черная дыра?» . Новости Эн-Би-Си . 17 сентября 2003 г. Архивировано из оригинала 27 февраля 2024 г. Проверено 23 марта 2024 г.
  20. ^ Клара Московиц (17 августа 2009 г.). « Теория «большой волны» предлагает альтернативу темной энергии» . Space.com . Проверено 23 марта 2024 г.
  21. ^ А. Реттер и С. Хеллер (2012). «Возрождение белых дыр как Малых взрывов». Новая астрономия . 17 (2): 73–75. arXiv : 1105.2776 . Бибкод : 2012НовыйА...17...73Р . дои : 10.1016/j.newast.2011.07.003 . S2CID   118505127 .
  22. ↑ Официальный сайт НАСА, где объясняется проблема: предполагалось, что квазары — это белые дыры, но эта гипотеза была исключена.
  23. ^ Алон Реттер; Шломо Хеллер (17 июля 2011 г.). «Возрождение белых дыр как малых взрывов». Новая астрономия . 17 (2) (изд. «Новая астрономия»): 73–75. arXiv : 1105.2776 . Бибкод : 2012НовыйА...17...73Р . дои : 10.1016/j.newast.2011.07.003 . S2CID   118505127 .
  24. ^ Леонид Попов (27 May 2011). "Израильтяне нашли белую дыру" . Archived from the original on 4 August 2012 . Retrieved 3 May 2012 .
  25. ^ Дж. Э. Мадрис Агилар, К. Морено, М. Беллини. «Первичный взрыв ложной белой дыры из 5D-вакуума». Письма по физике . Б728, 244 (2014). [1] .
  26. ^ Обнаружены новые доказательства белого перехода черных дыр, Мадридский университет Комплутенсе.
  27. ^ Карлос Барсело, Рауль Карбальо Рубио и Луис Дж. Гарай. «Экспоненциальное затухание до белого цвета черных дыр в квантовой гравитации». Классическая и квантовая гравитация . Том 34. Номер 10.2017. DOI: 10.1088/1361-6382/aa6962 .
  28. ^ «Разве мы уже обнаружили белые дыры и не узнали их?» . abc (на испанском языке). 17 декабря 2018 года . Проверено 12 марта 2020 г.
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с белыми дырами .

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=White_hole&oldid=1238460088"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7bad6db6dc9c5785443309154378ba18__1722719340
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7b/18/7bad6db6dc9c5785443309154378ba18.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
White hole - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)