В научной фантастике исследователи космоса обычно проносятся сквозь червоточины в пространстве-времени, которые соединены двумя чёрными дырами — небесными объектами настолько плотными, что даже свет не в состоянии вырваться из их лап.

Но действительно ли чёрные дыры ведут в червоточины? И будут ли эти червоточины чем-то похожи на их аналоги в «Звёздном пути»?

Являются ли черные дыры червоточинами?
Червоточины до сих пор остаются предметом научной фантастики. Изображение: Shutterstock

Короткий ответ, вероятно, нет, хотя математика Вселенной этого и не исключает.

Единственное, что находится в центре чёрной дыры, — это сингулярность — точка бесконечной плотности.

Однако теоретически чёрная дыра может быть соединена с зеркальным близнецом, называемым белой дырой, чтобы образовать червоточину. Тем не менее, эти теоретические червоточины будут совсем не похожи на те, что изображены в научной фантастике — предполагается, что традиционные червоточины невероятно нестабильны, а это означает, что они разрушатся в тот же момент, как только в них попадёт хотя бы одна частица материи.

Некоторые физики говорят, что червоточина могла бы стать более стабильной, если бы она образовалась из вращающейся чёрной дыры, но наше понимание того, что происходит при таком сценарии, в лучшем случае туманно.

Мосты Эйнштейна-Розена

Впервые учёные обнаружили чёрные дыры не посредством наблюдений во Вселенной, а благодаря математике общей теории относительности Эйнштейна. Эти уравнения показали, что если сжать достаточное количество материи в достаточно малый объём, то гравитация пересилит все остальные силы и сожмёт материю в бесконечно крошечную точку, известную как сингулярность.

Чёрные дыры — это путешествия в один конец. Как только кто-то (или что-то) пересекает их границы, известные как горизонты событий, он уже не в состоянии вернуться назад. И хотя чёрные дыры когда-то считались всего лишь уловкой уравнений Эйнштейна, астрономические наблюдения в конце концов показали, что чёрные дыры во Вселенной действительно существуют.

Но та же самая математика также допускает полную противоположность чёрной дыры — белую дыру. Белая дыра всё ещё имеет в своём центре сингулярность и окружающий её горизонт событий. Но вместо того, чтобы упасть внутрь и обнаружить, что спастись невозможно, с белой дырой человек никогда не смог бы достичь горизонта событий извне, потому что она постоянно выбрасывает своё содержимое во Вселенную со скоростью, превышающей скорость света.

Соединение парных сингулярностей чёрной и белой дыр вместе образует простейший вид червоточины, также известный как мост Эйнштейна-Розена.

Не очень полезно

Являются ли черные дыры червоточинами?
На этой картинке мы видим художественное изображение горизонта событий. Изображение: AleksandrMorrisovich/Shutterstock

К сожалению, мосты Эйнштейна-Розена не очень полезны для путешествия по космосу. Во-первых, вход в червоточину находится за горизонтом событий. Поскольку человек не может попасть внутрь со стороны белой дыры, ему, чтобы войти, придётся проникнуть в чёрную дыру. Но как только кто-то пересекает горизонт событий, он оттуда уже не может вернуться. Это означает, что если вы войдёте в червоточину, вы застрянете внутри навечно.

Другой проблемой мостов Эйнштейна-Розена является их устойчивость.

«Этот мост — своего рода червоточина, но он временный: он обрывается до того, как какой-либо объект сможет использовать его для перехода с одной стороны на другую. Так что в этом смысле червоточины на самом деле нет, поскольку через нее нельзя пройти», — рассказал Самир Матур, физик из Университета штата Огайо, США.

Эта нестабильность существует потому, что для создания червоточины требуется очень точное и тщательное расположение материи. Всё, что нарушает этот хрупкий баланс — даже один пучок света или фотон — вызовет мгновенный коллапс червоточины. В таком случае червоточина разорвалась бы на части, как перетянутая резиновая лента, быстрее скорости света, помешав передвижению по ней тому, что по ней бы перемещалось.

Кроме того, физики в основном считают, что белых дыр в нашей Вселенной не существует. В отличие от своих собратьев, белые дыры фантастически нестабильны. Согласно математике, как только в них попадает хотя бы один кусочек материи, они мгновенно взрываются. Таким образом, даже если бы белые дыры образовались естественным путём, они просуществовали бы недолго.

Сочетание неопределённости существования белых дыр, нестабильности мостов Эйнштейна-Розена и их относительной бесполезности означает, что если червоточины существуют, они, вероятно, не являются мостами Эйнштейна-Розена.

Вращающаяся сингулярность

Возможно, есть способ построить червоточину из более сложного вида чёрных дыр: принять во внимание их вращение. Все чёрные дыры вращаются, но новозеландский математик Рой Керр (Roy Kerr) стал первым, кто решил математическую задачу для вращения чёрных дыр.

В центре вращающейся чёрной дыры экстремальные центробежные силы превратили точечную сингулярность в кольцо. Возможно, эта «кольцевая сингулярность» может быть входом в червоточину, но тут снова возникает проблема стабильности.

«Сингулярность керровской дыры окружена «внутренним горизонтом», который, в свою очередь, окружен «внешним горизонтом». Люди считают, что внутренний горизонт не является стабильным понятием, и что небольшое количество попавшей туда материи может полностью изменить область внутри этого горизонта и, таким образом, также изменить сингулярность, — сказал Матур. — Конечный результат этой нестабильности неясен.»

Проблема в том, что если материя падает на кольцевую сингулярность, она сталкивается с двумя конкурирующими эффектами: огромным гравитационным притяжением самой сингулярности и экстремальной центробежной силой вращения в центре чёрной дыры, которая действовала бы в противоположном направлении.

Как вы понимаете, это не очень комфортная ситуация, и всё, скорее всего, очень быстро пойдёт наперекосяк. Ситуация настолько нестабильна, что может даже вообще воспрепятствовать образованию сингулярности. В этом случае многие физики считают, что концепция «кольцевой сингулярности» вращающейся чёрной дыры будет заменена более конкретной идеей, как только мы лучше поймём эти объекты.

Правописание уведомления вебмастера


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

EnglishРусскийУкраїнська
Включить уведомления Да Спасибо, не надо