Чи можуть білі діри насправді існувати?

Чорні діри, здається, привертають всю увагу. Але як щодо їхніх дзеркальних близнюків, білих дірок? Чи існують вони? І якщо так, то де вони?  Щоб зрозуміти природу білих дір, спочатку ми повинні вивчити набагато більш звичні чорні діри. Чорні діри — це області повного гравітаційного колапсу, де гравітація переважає всі інші сили у Всесвіті та стискає згусток матеріалу аж до нескінченно крихітної точки, відомої як сингулярність. Навколо цієї сингулярності є горизонт подій, який не є фізичною твердою межею, а просто кордоном навколо сингулярності, де гравітація настільки сильна, що ніщо, навіть світло, не може вирватися.

Ми знаємо , як у Всесвіті утворюються чорні діри. Коли масивна зірка гине, її величезна вага тисне на її ядро, викликаючи створення чорної діри. Будь-яка матерія або випромінювання, що блукає надто близько до чорної діри, потрапляє в пастку сильної гравітації та затягується під горизонт подій до остаточної загибелі.

Ми розуміємо цей процес утворення чорних дір і те, як чорні діри взаємодіють зі своїм середовищем, через загальну теорію відносності Ейнштейна. Щоб прийти до концепції білої діри, ми повинні визнати, що загальну теорію відносності не хвилює плин часу. Рівняння є часово-симетричними, тобто математика працює чудово, перебігаючи вперед або назад у часі.

Отже, якби ми зняли відео утворення чорної діри та запустили його у зворотному напрямку, ми виявили б об’єкт, що випромінює випромінювання та частинки. Згодом він вибухне, залишивши за собою масивну зірку. Це біла діра, і, згідно із загальною теорією відносності, такий сценарій є цілком нормальним.

Білі діри були б ще дивнішими за чорні. Вони все ще мали б сингулярності у своїх центрах і горизонти подій на своїх кордонах. Вони все одно будуть масивними, гравітуючими об’єктами. Але будь-який матеріал, який потрапляє в білу діру, негайно викидається зі швидкістю, більшою за швидкість світла, змушуючи біле світіння люто сяяти. Все, що знаходиться ззовні білої діри, ніколи не зможе потрапити всередину неї, тому що їй доведеться подорожувати швидше за швидкість світла, щоб перетнути всередину через горизонт подій.

Але якщо білі діри допускаються математикою загальної теорії відносності, то чому ми не підозрюємо, що вони існують у реальному Всесвіті? Відповідь полягає в тому, що загальна теорія відносності — це не єдине слово про космос. Існують інші галузі фізики, які розповідають нам про внутрішню роботу Всесвіту, як-от наші теорії електромагнетизму та термодинаміки.

У термодинаміці існує поняття ентропії, яка, дуже грубо кажучи, є мірою безладу в системі. Другий закон термодинаміки говорить нам, що ентропія закритих систем може тільки зростати. Іншими словами, безлад завжди зростає.

Як приклад, скажімо, ви кидаєте піаніно в подрібнювач деревини. Звідти виходить купа подрібненого сміття. Безладдя в системі збільшився, і другий закон термодинаміки виконується. Але якщо ви кинете купу випадкових фрагментів у той самий дровокол, ви не отримаєте з нього повністю сформоване піаніно, тому що це призведе до зменшення безладу. (Високо впорядковані системи, як і життя, можуть виникнути на Землі, але це відбувається шляхом збільшення ентропії всередині Сонця. Ви все одно не отримаєте піаніно з подрібнювачів деревини, незалежно від того, як ви створили свою систему.)

Ми не можемо просто запустити процес утворення чорної діри у зворотному порядку й отримати білу діру, тому що це призведе до зменшення ентропії — зірки дивним чином не з’являються в результаті гігантських космічних вибухів. Отже, в той час, як загальна теорія відносності є агностиком щодо реальності білих дір, термодинаміка заперечує цю концепцію.

Єдиним способом утворити білу діру було б мати якийсь екзотичний процес, що діяв у ранньому Всесвіті, який запікав існування білої діри в тканину самого простору-часу. Таким чином, процес утворення білої діри міг би обійти проблеми зі зменшенням ентропії — біла діра просто була б там, існувала б з початку часів.

На жаль, білі діри також були б фантастично нестабільними. Вони все одно тяжітимуть і тягнуть до себе матеріал, але ніщо не зможе перетнути горизонти подій. Як тільки будь-що, навіть один фотон (частинка світла) наблизиться до білої діри, вона буде приречена. Якби частинка наблизилася до горизонту подій, вона не змогла б його перетнути, посилаючи енергію системи до небес. Зрештою, частинка матиме таку велику енергію, що спровокує колапс білої діри в чорну діру, що припинить її існування.

Таким чином, якими б веселими та карколомними не здавалися білі діри, вони не є ознаками справжнього Всесвіту — просто привидами, які переслідують математику загальної теорії відносності. Джерело