Съществуват ли бели дупки?

Моряците си имат сирени и прочие морски чудовища. Физиците си имат бели дупки – космически творения, които се намират някъде между битието и небитието.

Никой не ги е наблюдавал в реалния свят – те съществуват само във вид на математически чудовища. Но нови изследвания показват, че ако теорията, наречена примкова квантова гравитация, се окаже вярна, белите дупки може да станат реалност – възможно е дори вече да ги наблюдаваме.

Грубо казано, бялата дупка е противоположност на черната. Черната дупка на свой ред е място, където може да попаднеш, но откъдето не можеш да излезеш. Бялата дупка съответно е място, от което можеш да излезеш, но никога не можеш да се върнеш.

Физикът от Калифорнийския технологичен институт Шон Карол казва: „Бялата дупка както математически, така и геометрически се явява точно същото, както и черната.“

По-конкретно това се свежда към два основни аспекта – сингулярност, в която масата се свива в точка с безкрайна плътност, и хоризонт на събитията, невидима точка, от която няма връщане, за първи път описана математически от немския физик Карл Шварцшилд през 1916 година. За черната дупка хоризонтът на събитията представлява точка на едностранен вход, за бялата – само изход.

Има редица доказателства, че черните дупки наистина съществуват, и астрофизиците си представят приблизително какво всъщност представляват те. За да си представим как може да се образува бяла дупка, ни е необходимо да излезем от астрономическата плоскост. Един от вариантите е въртящата се черна дупка.

Според общата теория на относителността на Айнщайн въртенето свива сингулярността в пръстен, което на теория позволява да се пътешества през въртящата се черна дупка, без да бъдеш унищожен. Уравненията от общата теория на относителността предполагат, че попадналият в такава черна дупка може да премине през тунел на пространство-времето (червеева дупка) и да излезе от бяла дупка, попадайки в съвсем друг регион от пространство-времето.

Макар математически решения за такива дупки да съществуват, „те не са реалистични“, казва Андрю Хамилтън, астрофизик от Колорадския университет в Боулдър. Става дума за това, че те описват вселени, в които се съдържат само черни дупки, бели дупки и червееви дупки – без материя, радиация или енергия.

Предишни изследвания, включително на Хамилтън, предполагат, че всичко, което попада във въртящата се черна дупка, грубо казано, „задръстват“ червеевата дупка, като по този начин прикриват изхода в бялата дупка.

Но в края на червеевите дупки има светлина. Общата теория на относителността, въз основа на която Хамилтън прави своите прогнози, се пречупва в сингулярността на черната дупка. „Плътността на енергията и изкривяването стават толкова големи, че класическата гравитация едва ли може да опише това, което се случва“, казва Стивън Хсу, физик от Мичиганския университет в Ийст Лансинг. Възможно е по-пълен модел на гравитацията, който добре работи на квантови мащаби, да успее да премахне нестабилността и да даде ход на белите дупки.

Единна теория, която обединява гравитацията и квантовата механика, е Свещен Граал за съвременната физика. Прилагайки една от тези теории, примковата квантова гравитация, към черните дупки, теоретиците Хал Хагард и Карло Ровел от университета в Акс-Марсилия показали, че черните дупки могат да се превръщат в бели при определени квантови процеси.

Примковата гравитация предполага, че пространство-времето се състои от фундаментални строителни елементи, формирани като примки. Според Хагард и Ровели крайният размер на примката възпрепятства колапса на умиращата звезда в точка с безкрайна плътност и вместо това превръща свиващия се обект в бяла дупка.

Този процес отнема няколко хилядни от секундата, но благодарение на мощността на участващата в него гравитация релативистките ефекти позволяват да се наблюдава трансформацията дълго врем, ако се гледа от далече. По такъв начин миниатюрните черни дупки, родени в младата вселена, сега биха могли да „избухват като фойерверки“, образувайки бели дупки. Някои от тези взривове, както смятат астрономите, са довели до появата не на свръхнови, а на бели дупки.

Превръщането на черната дупка в бяла би могло да реши старата главоблъсканица, известна като информационен парадокс на черната дупка. Физиците вече анатемосват всеки, който смята, че информацията може да бъде унищожена, но общата теория на относителността гласи, че всичко, включително информацията, попадайки в черната дупка, не може да се върне.

Тези две заявления дълго време били в конфликт, докато Стивън Хокинг преди 40 години не показал, че черните дупки се изпаряват с времето. Идеята, че информацията в черната дупка може да изчезне завинаги, предизвикала спор, който продължава и до днес.

Какво, ако черната дупка се превръща в бяла, а „цялата информация се възстановява – пита Хагард. – Много ни вълнува този механизъм, тъй като той позволява да се решат много остри въпроси.“

Новото изследване все още е прекалено сурово и не дава стопроцентова гаранция, че примковата квантова гравитация точно описва реалността. Единственото доказателство за съществуването на бели дупки можем да получим само в лаборатория, а това е практически невъзможно. Но Карол казва, че всичко е наред. Ако тези митични космически същества успеят да подобрят интуицията на физиците, това може да бъде изключително полезно за развитието на науката.