Белая дыра - White hole

Для использования в других целях см. Белая дыра (значения).
Часть цикла статей о
Общая теория относительности
Схема кривизны пространства-времени

В общая теория относительности, а белая дыра является гипотетической областью пространство-время и необычность в который нельзя войти снаружи, хотя энергия -иметь значение, свет и Информация может убежать от него. В этом смысле это обратное черная дыра, в которое можно войти только извне и из которого не могут выйти энергия-материя, свет и информация. Белые дыры появляются в теории вечные черные дыры. Помимо области черной дыры в будущем, такое решение Уравнения поля Эйнштейна в прошлом была область белой дыры.[1] Однако эта область не существует для черных дыр, которые образовались через гравитационный коллапс Нет никаких наблюдаемых физических процессов, посредством которых могла бы образоваться белая дыра.

Сверхмассивные черные дыры (SBH) теоретически прогнозируется, что они будут в центре каждого галактика и что, возможно, галактика не может образоваться без нее. Стивен Хокинг[2] и другие предположили, что эти SBH порождают сверхмассивную белую дыру /Большой взрыв.[3]

Обзор

Как и черные дыры, белые дыры обладают такими свойствами, как масса, обвинять, и угловой момент. Они притягивают материю, как и любая другая масса, но объекты, падающие в сторону белой дыры, никогда не достигнут белой дыры. горизонт событий (хотя в случае максимально расширенное решение Шварцшильда Как обсуждается ниже, горизонт событий белой дыры в прошлом становится горизонтом событий черной дыры в будущем, поэтому любой объект, падающий на него, в конечном итоге достигнет горизонта черной дыры). Представьте себе гравитационное поле без поверхности. Ускорение силы тяжести самое большое на поверхности любого тела. Но поскольку у черных дыр нет поверхности, ускорение силы тяжести увеличивается экспоненциально, но никогда не достигает окончательного значения, поскольку в сингулярности нет рассматриваемой поверхности.

В квантовая механика, черная дыра излучает Радиация Хокинга и так может прийти к тепловое равновесие с газом излучения (не обязательно). Поскольку состояние теплового равновесия инвариантно относительно обращения времени, Стивен Хокинг утверждал, что обращение времени черной дыры в тепловом равновесии приводит к тому, что белая дыра находится в тепловом равновесии (каждая из которых поглощает и излучает энергию в эквивалентных градусах). [4][требуется дальнейшее объяснение ] Следовательно, это может означать, что черные дыры и белые дыры представляют собой одну и ту же структуру, в которой излучение Хокинга от обычной черной дыры отождествляется с излучением энергии и вещества белой дырой. Полуклассический аргумент Хокинга воспроизводится в квантовой механике. AdS / CFT лечение,[5] где черная дыра пространство анти-де Ситтера описывается термическим газом в калибровочная теория, чье обращение времени такое же, как и у него самого.

Источник

Схема строения максимально протяженная черная дыра пространство-время. Горизонтальное направление - это пространство, а вертикальное - время.

Возможность существования белых дыр была выдвинута российским космологом. Игорь Новиков в 1964 г.[6] Белые дыры предсказываются как часть решения Уравнения поля Эйнштейна известный как максимально расширенный версия Метрика Шварцшильда[требуется разъяснение ] описывая вечный черная дыра без заряда и без вращения. Здесь «максимально расширенный» относится к идее, что пространство-время не должно иметь никаких «краев»: для любой возможной траектории свободно падающей частицы (следуя геодезический ) в пространстве-времени должна быть возможность продолжить этот путь сколь угодно далеко в будущее частицы, если только она не попадет в гравитационная сингулярность как тот, что находится в центре внутренней части черной дыры. Чтобы удовлетворить это требование, оказывается, что помимо внутренней области черной дыры, в которую частицы входят, когда они падают через горизонт событий снаружи должна быть отдельная внутренняя область белой дыры, которая позволяет нам экстраполировать траектории частиц, которые сторонний наблюдатель видит поднимающимися вверх. прочь с горизонта событий. Для стороннего 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, движутся наружу в течение бесконечного времени с момента пересечения горизонта белой дыры бесконечно далеко в прошлом (однако частицы или другие объекты испытывают только конечное подходящее время между пересечением горизонта и прохождением стороннего наблюдателя). Черная дыра / белая дыра кажется "вечной" с точки зрения внешнего наблюдателя в том смысле, что частицы, движущиеся наружу из внутренней области белой дыры, могут пройти наблюдателя в любое время, а частицы, движущиеся внутрь, в конечном итоге достигнут черной дыры. внутренняя область также может пройти наблюдатель в любое время.

Так же, как есть две отдельные внутренние области максимально расширенного пространства-времени, есть 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, которые упали из любой вселенной (и, таким образом, наблюдатель, попавший из одной вселенной, может увидеть свет, падающий из другой), а также частицы из внутренней области белой дыры может уйти в любую вселенную. Все четыре области можно увидеть на пространственно-временной диаграмме, которая использует Координаты Крускала – Секереса (см. рисунок).[7]

В этом пространстве-времени можно придумать такие системы координат, что если вы выберете гиперповерхность постоянного времени (набор точек, которые имеют одинаковую временную координату, так что каждая точка на поверхности имеет космический разделение, дающее то, что называется «пространственно-подобной поверхностью») и нарисуйте «диаграмму вложения», изображающую кривизну пространства в то время, диаграмма вложения будет выглядеть как труба, соединяющая две внешние области, известная как «Эйнштейн- Мост Розена »или Червоточина Шварцшильда.[7] В зависимости от того, где выбрана подобная пространству гиперповерхность, мост Эйнштейна-Розена может либо соединить два горизонта событий черной дыры в каждой вселенной (с точками внутри моста, являющимися частью области черной дыры пространства-времени), либо два горизонты событий белой дыры в каждой вселенной (точки внутри моста являются частью области белой дыры). Однако невозможно использовать мост для перехода от одной вселенной к другой, потому что невозможно войти в горизонт событий белой дыры извне, и любой, кто войдет в горизонт черной дыры из любой вселенной, неизбежно столкнется с сингулярностью черной дыры. .

Обратите внимание, что максимально расширенная метрика Шварцшильда описывает идеализированную черную дыру / 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.[8] Но поскольку уравнения общей теории относительности обратимы во времени, они показывают Симметрия обращения времени - общая теория относительности также должна допускать обратное время этого типа «реалистичной» черной дыры, которая образуется из коллапсирующей материи. Случай с обращенным временем - это белая дыра, которая существовала с самого начала Вселенной и излучает материю, пока она, наконец, не «взорвется» и не исчезнет.[9] Несмотря на то, что такие объекты разрешены теоретически, 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 если бы были встроены в начальные условия Большой взрыв.[9] Кроме того, предсказывается, что такая белая дыра будет очень "нестабильной" в том смысле, что если хоть какое-то небольшое количество материи упадет к горизонту извне, это предотвратит взрыв белой дыры, видимый удаленными наблюдателями, вместе с материей. испущенный из сингулярности, никогда не может покинуть гравитационный радиус белой дыры.[10]

Большой взрыв / сверхмассивная белая дыра

Основная статья: Большой взрыв

Взгляд на черные дыры, впервые предложенный в конце 1980-х годов, можно интерпретировать как проливающий свет на природу классических белых дыр. Некоторые исследователи предположили, что при образовании черной дыры в ее ядре может произойти Большой взрыв.необычность, что создаст новую вселенную, расширяющуюся за пределы родительская вселенная.[11][12][13] Смотрите также Плодородные вселенные.

В Эйнштейн-Картан-Сциама-Киббл Теория гравитации расширяет общую теорию относительности, удаляя ограничение симметрии аффинной связности и касаясь ее антисимметричной части, тензор кручения, как динамическая переменная. Кручение естественным образом объясняет квантово-механический собственный угловой момент (вращение ) материи.

Согласно общей теории относительности, гравитационный коллапс достаточно компактной массы образует сингулярную черную дыру. Однако в теории Эйнштейна – Картана минимальная связь между кручением и Спиноры Дирака порождает отталкивающее спин-спиновое взаимодействие, существенное в фермионное вещество при очень высокой плотности. 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.[14] Другая сторона моста становится новой, растущей детской вселенной. Для наблюдателей в детской вселенной родительская вселенная представляется единственной белой дырой. Соответственно, наблюдаемая вселенная это внутренность Эйнштейна – Розена черной дыры, существующей как одна из многих, возможно, внутри большей вселенной. Большой взрыв был неособым Большой отскок при котором наблюдаемая Вселенная имела конечный минимальный масштабный фактор.[15]

В документе 2012 года утверждается, что Большой взрыв сама по себе белая дыра.[16] Это также предполагает, что появление белой дыры, которую назвали «Малым взрывом», является спонтанным - все вещество выбрасывается за один импульс. Таким образом, в отличие от черных дыр, белые дыры нельзя наблюдать непрерывно; скорее, их эффекты можно обнаружить только вокруг самого события. В документе даже предлагалось выделить новую группу гамма-всплески с белыми дырками.

В 2014 году Мадрис Агилар, Морено и Беллини исследовали идею Большого взрыва в результате взрыва сверхмассивной белой дыры в рамках пятимерного вакуума.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Кэрролл, Шон М. (2004). Пространство-время и геометрия (5,7 изд.). Эддисон-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, С. В. (1976). «Черные дыры и термодинамика». Физический обзор D. 13 (2): 191–197. Bibcode:1976ПхРвД..13..191Х. Дои:10.1103 / PhysRevD.13.191.
  5. ^ Клебанов, Игорь Р. (19 мая 2006 г.). «Лекции ТАСИ: Введение в AdS / CFT корреспонденцию». Струны, Брана и гравитация. Струны. С. 615–650. arXiv:hep-th / 0009139. Bibcode:2001sbg..conf..615K. Дои:10.1142/9789812799630_0007. ISBN  978-981-02-4774-4. S2CID  14783311.
  6. ^ Физическая энциклопедия (на русском). 1. Советская энциклопедия. 1988. с. 180.
  7. ^ а б Эндрю Гамильтон. «Белые дыры и червоточины». Получено 12 октября 2011.
  8. ^ Эндрю Гамильтон. «Коллапс в черную дыру». Получено 12 октября 2011.
  9. ^ а б Уилер, Дж. Крейг (2007). Космические катастрофы: взрывающиеся звезды, черные дыры и нанесение на карту Вселенной. Издательство Кембриджского университета. стр.197 –198. ISBN  978-0-521-85714-7.
  10. ^ Фролов, Валерий П .; Игорь Дмитриевич Новиков (1998). Физика черной дыры: основные концепции и новые разработки. Springer. стр.580–581. ISBN  978-0-7923-5145-0.
  11. ^ Э. Фахри и А. Х. Гут (1987). «Препятствие к созданию Вселенной в лаборатории» (PDF). Письма по физике B. 183 (2): 149–155. Bibcode:1987ФЛБ..183..149Ф. Дои:10.1016/0370-2693(87)90429-1.
  12. ^ Никодем Ю. Поплавский (2010). «Радиальное движение в мост Эйнштейна – Розена». Письма по физике B. 687 (2–3): 110–113. arXiv:0902.1994. Bibcode:2010ФЛБ..687..110П. Дои:10.1016 / j.physletb.2010.03.029. S2CID  5947253.
  13. ^ "Каждая черная дыра содержит другую вселенную?". National Geographic News. 12 апреля 2010 г.
  14. ^ Н. Я. Поплавский (2010). «Космология с кручением: альтернатива космической инфляции». Письма по физике B. 694 (3): 181–185. arXiv:1007.0587. Bibcode:2010ФЛБ..694..181П. Дои:10.1016 / j.physletb.2010.09.056.
  15. ^ Н. Поплавский (2012). «Неособая космология большого отскока от спинорно-торсионного взаимодействия». Физический обзор D. 85 (10): 107502. arXiv:1111.4595. Bibcode:2012PhRvD..85j7502P. Дои:10.1103 / PhysRevD.85.107502. S2CID  118434253.
  16. ^ А. Реттер и С. Хеллер (2012). «Возрождение белых дыр как малых взрывов». Новая астрономия. 17 (2): 73–75. arXiv:1105.2776. Bibcode:2012НОВАЯ ... 17 ... 73R. Дои:10.1016 / j.newast.2011.07.003. S2CID  118505127.
  17. ^ Дж. Э. Мадрис Агилар, К. Морено, М. Беллини. «Первобытный взрыв ложной белой дыры из 5D-вакуума». Письма по физике. B728, 244 (2014).[1].

внешняя ссылка