Почему снаружи белая дыра не отличается от черной
О том, что происходит с черными дырами в момент смерти, точно не знает никто. Некоторые ученые предполагают, что они превращаются в белые дыры, которые не поглощают материю, а, наоборот, выбрасывают ее в космос. В книге «Гипотеза белых дыр. Об устройстве Вселенной, гравитации и теории относительности» (издательство «Бомбора»), переведенной на русский язык Андреем Дамбисом, физик-теоретик Карло Ровелли рассказывает об этих гипотетических объектах и о том, как их существование объясняет петлевая теория квантовой гравитации. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, в котором автор объясняет, почему снаружи отличить черную дыру от белой невозможно.
Чем отличается область вне белой дыры от области вне черной дыры? Если я нахожусь снаружи, то как я смогу отличить черную дыру от белой?
Ответ — никак. Снаружи белая дыра неотличима от черной.
Как и всякая масса, черная дыра притягивает — и точно так же делает белая дыра. Планеты могут обращаться вокруг черной дыры — и точно так же вокруг белой. И так далее. Можно падать в черную дыру, а можно — в белую.
Это сбивает с толку. Белая дыра — своего рода черная дыра наоборот, но это не означает замену притяжения на отталкивание. Да, именно так: время меняет направление, но притяжение все равно не становится отталкиванием*. Повторю еще раз: с точки зрения внешнего наблюдателя черная дыра и белая дыра ведут себя совершенно одинаково — в обоих случаях это масса, притягивающая к себе посредством силы гравитации.
Но как же так? Черная и белая дыры кажутся настолько разными объектами! В одну можно только войти, из другой — только выйти. И несмотря на это, они могут быть неразличимы? Выглядит как противоречие.
Противоречия, однако, нет, а есть блестящий пример волшебной силы архитектуры общей теории относительности. Это тонкий и прекрасный момент. Постарайтесь проследить ход моей мысли. Не страшно, если вы потеряетесь в процессе чтения следующих абзацев (это случается со многими). Но если у вас получится ухватить нить рассуждений, то вы поразитесь, когда увидите, насколько потрясающе то, что вытворяет относительность времени.
Итак. Из белой дыры можно выйти. Значит, я могу увидеть, как от белой дыры свободно уносится камень. Могу ли я увидеть камень, уносящийся от черной дыры? На первый взгляд это невозможно, ведь он не может из нее выйти. А вот и возможно! Если с коллапсирующей звезды изо всех сил бросить камень за мгновение до пересечения горизонта, то он полетит прочь, хотя для удаленного наблюдателя начало его полета будет выглядеть очень замедленным, и камень удалится от черной дыры лишь спустя долгое время. Значит, нет ничего, что помешало бы мне увидеть камень, летящий из черной дыры, точно так же, как я могу увидеть камень, удаляющийся от белой*.
Те же соображения работают и в обратную сторону. Представим себе камень, падающий на черную дыру. Вскоре он пересечет горизонт. Падающий на белую дыру камень не может пересечь горизонт, потому что внутрь горизонта белой дыры невозможно войти. Казалось бы, это означает, что снаружи легко отличить черную дыру от белой — достаточно посмотреть на падающий камень. Но… нет. Помните? Снаружи никогда не видно, как камень входит внутрь горизонта черной дыры, потому что свету требуется все больше времени, чтобы это нам показать! Видно, как камень приближается и приближается к горизонту, но и только. А что мы увидим в случае камня, падающего на белую дыру? То же самое! Мы увидим, как камень все приближается и приближается к горизонту, но так и не входит в него. Что же происходит с камнем, падающим на белую дыру? Он достигает вещества, исходящего из белой дыры, за время, которое может оказаться очень большим для внешнего наблюдателя (помните, что вблизи горизонта оно замедляется?), но очень малым для камня… Эта дивная гибкость времени! Итак, черный и белый горизонты различаются, но снаружи выглядят совершенно одинаково.
Горизонты четко различают белое и черное, будущее и прошлое, но для внешней по отношению к ним области этих различий нет.
Статья Дэвида Финкельштейна 1958 года, в которой он показал, что происходит на горизонте, была озаглавлена «Асимметрия прошлого и будущего гравитационного поля». В заголовке подчеркивается главная мысль: при обращении времени геометрия внешней области черной дыры не меняется, эта симметрия нарушается только на самом горизонте — он не инвариантен и при обращении времени меняется на противоположный. Именно поэтому одна и та же внешняя область согласуется как с черной, так и с белой дырой.
Все это невероятно и удивительно, но так устроена природа. Несмотря на полную несхожесть происходящего внутри, фокус со временем на горизонте позволяет белой дыре снаружи быть такой же, как черная.
Именно в этом состояла главная мысль Хэла.
Почему? Потому что это делает правдоподобным изображение происходящего внутри черной дыры на последнем рисунке. Самое удивительное — то, что внутри эволюция пространства протекает как на рисунке, в то время как снаружи… не меняется ничего!
Квантовое туннелирование происходит только в областях с сильным искажением пространства-времени, и это не противоречит тому, что снаружи — где мы находимся не в квантовом режиме — все продолжается в соответствии с общей теорией относительности.
Снаружи решения уравнений Эйнштейна для черной и белой дыр «сшиваются» гладко, без каких бы то ни было шероховатостей. Нестыковки начинаются только там, где и ожидалось, — в области очень сильных искажений, способных порождать квантовые эффекты.
Ура! Мы нашли приемлемый сценарий происходящего внутри черных дыр по ту сторону конца времени. За сингулярностью мы получаем решение с обращенным временем — внутреннюю область белой дыры. Снаружи не происходит ничего, но черный горизонт, подобно Гэндальфу, превращается в белый.
Помню чувство, охватившее нас в тот день, когда начал вырисовываться угаданный Хэлом сценарий. Кусочки головоломки были уже известны: туннельный эффект, решения уравнений Эйнштейна для белой и черной дыр, существование нижнего предела пространственных размеров, странное поведение белых и черных дыр и жуткая разница течения времени для тех, кто находится на горизонте и вдали от него. Догадка, что падающие объекты отскакивают — и так возникают планковские звезды. Пазл сошелся.
Подробнее читайте:
Ровелли, Карло. Гипотеза белых дыр. Об устройстве Вселенной, гравитации и теории относительности / Карло Ровелли ; [перевод с итальянского Андрея Дамбиса]. — Москва : Эксмо, 2025. — 208 с. — (Физика. Великие имена).
