Белая дыра

Часть цикла статей о
Общая теория относительности
${\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={\frac {8\pi G}{c^{4}}}T_{\mu \nu }}$
Вступление История Математическая формулировка Тесты
Основные концепции Принцип относительности Теория относительности Общая ковариация Одновременность Относительность одновременности Относительное движение Мероприятие Точка зрения Инерциальная система отсчета Масса Инертная масса Рама отдыха Кадр с центром импульса Кривизна Геодезический Геон Принцип эквивалентности Масса в общей теории относительности Эквивалентность массы и энергии Инвариантный Инвариантная масса Симметрии пространства-времени Специальная теория относительности Двойная специальная теория относительности инвариант де Ситтера специальная теория относительности Масштаб относительности Скорость света Производная по времени Подходящее время Правильная длина Уменьшение длины Действия на расстоянии Принцип локальности Риманова геометрия Энергетическое состояние
Явления Гравитоэлектромагнетизм Проблема Кеплера Сила тяжести Гравитационное поле Гравитационный колодец Гравитационное линзирование Гравитационные волны Гравитационное красное смещение Красное смещение Синий сдвиг Замедление времени Гравитационное замедление времени Задержка Шапиро Гравитационный потенциал Гравитационное сжатие Гравитационный коллапс Перетаскивание кадра Геодезический эффект Видимый горизонт Горизонт событий Гравитационная сингулярность Обнаженная особенность Черная дыра Белая дыра Пространство-время Стрела времени Световой конус Мировая линия Трехмерное пространство Четырехмерное пространство Космос Время Многообразие Гладкий коллектор Риманово многообразие Пространство конфигурации Государственное пространство Фазовое пространство Гильбертово пространство Евклидово пространство Топологическое пространство Топологический дефект Диаграммы пространства-времени Пространство-время Минковского Скаляр Лоренца Замкнутая времениподобная кривая (CTC) Червоточина Червоточина Эллиса
Уравнения Формализмы Уравнения Линеаризованная гравитация Уравнения поля Эйнштейна Фридман Геодезические Матиссон – Папапетру – Диксон Гамильтон – Якоби – Эйнштейн Инвариант кривизны (общая теория относительности) Преобразование Лоренца Лоренцево многообразие Глобально гиперболическое многообразие Условия причинности Причинная структура Формализмы ADM БССН Ньюман – Пенроуз Постньютоновский Продвинутая теория Теория Бранса – Дике Гипотеза космической цензуры Теория Калуцы – Клейна Квантовая гравитация Супергравитация
Решения Релятивистский диск Шварцшильд ( интерьер ) Рейсснер-Нордстрём Гёдель Керр Керр – Ньюман Kasner Лемэтр – Толман Тауб-ОРЕХ Milne Робертсон – Уокер pp-волна van Stockum пыль Вейль – Льюис – Папапетру Вакуумный раствор
Теоремы Теорема Биркгофа Теорема Героха о расщеплении Теорема Гольдберга – Сакса. Теорема Лавлока Теорема об отсутствии волос Теоремы Пенроуза – Хокинга об особенностях Теорема положительной энергии
Ученые Эйнштейн Лоренц Гильберта Пуанкаре Шварцшильд де Ситтер Рейсснер Nordström Weyl Эддингтон Фридман Milne Цвикки Лемэтр Гёдель Уиллер Робертсон Bardeen Уокер Керр Чандрасекхар Элерс Пенроуз Хокинг Райчаудхури Тейлор Hulse van Stockum Тауб Новичок Яу Торн другие
v т е

В общей теории относительности , белая дыра является гипотетической областью пространства - времени и особенности , которые не могут быть введены извне, хотя энергия - материя , свет и информация могут уйти от него. В этом смысле это противоположность черной дыры , в которую можно войти только извне и из которой не могут выйти энергия, материя, свет и информация. Белые дыры появляются в теории вечных черных дыр . Помимо области черной дыры в будущем, такое решение уравнений поля Эйнштейна имеет в прошлом область белой дыры.^[1] Однако эта область не существует для черных дыр, которые образовались в результате гравитационного коллапса , и нет никаких наблюдаемых физических процессов, посредством которых могла бы образоваться белая дыра.

Теоретически предсказано, что сверхмассивные черные дыры (СЧД) находятся в центре каждой галактики, 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 [ править ]

Как и черные дыры, белые дыры обладают такими свойствами, как масса , заряд и угловой момент . Они притягивают материю, как и любая другая масса, но объекты, падающие в сторону белой дыры, никогда не достигнут горизонта событий белой дыры (хотя в случае максимально расширенного решения 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 свободного падения экспоненциально возрастает, но никогда не достигает окончательного значения, поскольку в сингулярности нет рассматриваемой поверхности.

В квантовой механике черная дыра испускает излучение Хокинга, поэтому она может прийти в тепловое равновесие с газом излучения (не обязательно). Поскольку состояние теплового равновесия инвариантно относительно обращения времени, Стивен Хокинг утверждал, что обращение времени черной дыры в тепловое равновесие приводит к тому, что белая дыра находится в тепловом равновесии (каждая из которых поглощает и излучает энергию в эквивалентных степенях). ^{[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. Хокинга полу-классический аргумент воспроизводится в квантово - механических AdS / ФТ лечения, ^[5] , где черная дыра в анти-де Ситтера описывается тепловой газа в калибровочной теории , чье время разворота такая же , как сама по себе.

Происхождение [ править ]

Возможность существования белых дыр была выдвинута российским космологом Игорем Новиковым в 1964 году. ^[6] Белые дыры предсказываются как часть решения уравнений поля Эйнштейна, известных как максимально расширенная версия метрики Шварцшильда ^{[ требуется пояснение ]} описание вечной черной дыры без заряда и без вращения. Здесь «максимально расширенное» относится к идее, что пространство-время не должно иметь никаких «краев»: для любой возможной траектории свободно падающей частицы (следуя геодезической) в пространстве-времени должна быть возможность продолжить этот путь сколь угодно далеко в будущее частицы, если только траектория не попадет в гравитационную сингулярность, подобную той, 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 извне, должна существовать отдельная внутренняя область белой дыры, которая позволяет нам экстраполировать траектории частиц , которые сторонний наблюдатель видит поднимающийся вверх вдали от 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 собственное время между пересечением горизонта и прохождением внешнего 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, упавший 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, в которой используются 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 пространственное разделение, дающий то, что называется «пространственно-подобной поверхностью») и нарисуйте «диаграмму вложения», изображающую кривизну пространства в это время, диаграмма вложения будет выглядеть как труба, соединяющая две внешние области, известная как «мост Эйнштейна-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 (причем точки внутри моста являются 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 из одной вселенной в другую, 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 демонстрируют симметрию 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 Большого взрыва . ^[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 выйти за пределы гравитационного радиуса белой дыры. ^[10]

Большой взрыв / сверхмассивная белая дыра [ править ]

Представление о черных дырах, впервые предложенное в конце 1980-х годов, можно интерпретировать как проливающее некоторый свет на природу классических белых дыр. Некоторые исследователи предположили, что когда образуется черная дыра, в ядре / сингулярности может произойти Большой взрыв , который создаст новую вселенную, которая расширяется за пределы родительской вселенной . ^{[11] [12] [13]} См. Также Материнские вселенные .

Эйнштейна-Картана-Sciama-Kibble теория гравитации расширяет общую теорию относительности, удаляя ограничение симметрии аффинной связности и относительно его антисимметричную часть, тензор кручения , как динамическая переменная. Кручение естественным образом объясняет квантово-механический собственный угловой момент ( спин ) материи.

Согласно общей теории относительности, гравитационный коллапс достаточно компактной массы образует сингулярную черную дыру. Однако в теории Эйнштейна – Картана минимальная связь между кручением и дираковскими спинорами порождает отталкивающее спин-спиновое взаимодействие, которое важно в фермионной материи при чрезвычайно высоких плотностях. 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 черной дыры Эйнштейна – Розена, существующая как одна из многих, возможно, внутри большей вселенной. Большой взрыв был несингулярным Большим отскоком, при котором наблюдаемая Вселенная имела конечный минимальный масштабный коэффициент. ^[15]

В статье 2012 года утверждается, что Большой взрыв - это белая дыра. ^[16] Это также предполагает, что появление белой дыры, названной «Малым взрывом», является спонтанным - вся материя выбрасывается за один импульс. Таким образом, в отличие от черных дыр, белые дыры нельзя наблюдать непрерывно; скорее, их эффекты могут быть обнаружены только вокруг самого события. В документе даже предлагалось отождествить новую группу гамма-всплесков с белыми дырами.

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

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Встраивание перевернутого 2D-графика Schwarzschild Solution Белая дыра в Google
• Червоточины Шварцшильда
• Шварцшильд анимация червоточины
• Космология ударных волн внутри черной дыры
• Мичио Каку: Мистер Параллельная Вселенная
• Конец черной дыры - начало большого взрыва - обсуждалось в группе новостей в 1999 году
• Вперед в будущее 1: в ловушке времени!
• Вперед в будущее 2: назад в прошлое с интересом ...
• Что такое белые дыры?

Что такое белые дыры?