Наше розуміння фізичних законів не дозволяє відповісти на просте питання: що знаходиться за горизонтом подій чорної діри?
Ми тільки знаємо про колосальну гравітацію по той бік горизонту подій. Якщо ви подивитесь на астрофізичні карти або симуляції всесвіту, то побачите значок “нескінченість”. Це краща характеристика гравітаційного поля чорної діри на сьогодні.
Мало того, жорстка гравітація перешкоджає виходу будь-чого, включно зі світлом, що робить пряме спостереження неможливим. Однак існує випромінювання Гокінга, яке, щоправда, прописане на папері. Довести його існування ми також не можемо, але гіпотеза пояснює деякі квантові ефекти. Саме на них ми спираємось, коли формулюємо красиві з математичного погляду концепції.
Найпростіше пояснення полягає в тому, що за горизонтом подій лежить... Ніщо. Все, що туди потрапляє, розчавлюється в сингулярність, точку нескінченної щільності та нульового об'єму. Фактично орні діри — це своєрідна природна симуляція того стану, в якому перебував наш всесвіт під час свого народження.
В принципі, такий підхід узгоджується з сучасним розумінням загальної теорії відносності, але нічого не говорить про фізику чорної діри.
Сингулярності, червоточини та білі діри
Чорна діра обмежена горизонтом подій. Світло, інформація, кванти або квантове поле знаходиться там, де концентрується максимум інформації. Теоретично ми допускаємо феномен сингулярності або точки (що саме — велике космологічне питання), де густина і гравітаційні сили вважаються нескінченно великими.
Звичайно, ми не маємо навіть приблизного опису цієї “точки”. І навіть не знаємо, чи діють там якийсь фізичні закони.
Деякі науковці стверджують, що чорні діри можуть з'єднуватися з іншими частинами всесвіту через червоточини - космічні короткі шляхи. Така ідея вимагає екзотичних форм матерії та кидає виклик традиційним уявленням про причинність. І наділяє ЧД невідомими якостями, характерними для астрономічних об’єктів на кшталт нейтронних зірок.
Інші моделі передбачають існування білих дір, протилежних чорним дірам, - це коли матерія вивергається з обрію. З іншого боку, це може означати, що БД створюють матерію, газ або космічні туманності, з яких потім формуються зірки. А відтак, - за умови підтвердження теорії, - нам прийдеться переглядати не тільки астрофізику зореутворення, але й основні положення космології, астрономії та фізики. Перший кандидат — загальна теорія відносності Ейнштейна.
Третя група науковців сконцентрована на розв'язання проблеми інформаційного парадокса - (очевидної втрати інформації, що потрапляє в чорну діру. Але й тут питання: якщо ми відмовляємося від квантово-механістичного сприйняття реальності, тоді потрібно говорити, що за горизонтом подій знаходиться або “альтернативна” інформація або щось з “доінформаційної” епохи. Адже сингулярність не породжує інформацію. Інформацію породжує великий вибух - виникнення та розширення простору-часу.
Що знаходиться за антигоризонтом чорної діри?
У реальній чорній дірі інша сторона антигоризонту, або ілюзорного горизонту, - це зоря, що колапсувала; вона червоно зміщена до чорноти.
Однак геометрія Шварцшильда має просту математичну форму, і цю форму можна розширити аналітично. Математичне продовження складається з другої копії геометрії Шварцшильда, оберненої в часі, приклеєної вздовж Антигоризонту.
Повне аналітичне розширення геометрії Шварцшильда містить не тільки Всесвіт і Чорну діру, але й Паралельний Всесвіт і Білу діру.
Діаграма Пенроуза геометрії Керра для обертової чорної діри виглядає як діаграма Пенроуза геометрії Рейснера-Нордстрема для зарядженої чорної діри, за винятком того, що через диск, обмежений кільцевою сингулярністю обертової чорної діри, можна перейти до антивсесвіту.
Межі, міфи і реальності
У царині квантової механіки та спроб сформулювати теорію квантової гравітації ми також бачимо розбрід та хитання. Так, голографічний принцип пропонує радикальну революцію природи інформації та реальності. Однак як вибудувати систему доказів, окрім математичних, - старе класичне питання.
Стівен Гокінг говорив, що чорні діри можуть слугувати дверима в абсолютно нові всесвіти з іншими фізичними законами та вимірами. Ми не виключаємо потенційне існування реальностей за межами нашого розуміння.
Також не забуваємо: межа Чандрасекара та межа Толмана-Оппенгеймера-Волкова (TOV) залишаються ключовими поняттями в астрофізиці, особливо у вивченні кінцевих стадій зоряної еволюції. Але — на практиці — ми не можемо зрозуміти, чому деякі зорі стають нейтронними, а інші - чорними дірами, і як працює механізм “схлопування”. Або перетворення матерії на світло, випромінювання. Такий сценарій теж не можна виключати.
Таким чином, маємо наступні варіанти:
-
Межа Чандрасекара. Це максимальна маса, яку може мати стабільна біла карликова зоря. Відкрита індійсько-американським астрофізиком Субрахманьяном Чандрасекаром, вона вказує на 1,4 маси Сонця (1,4 M☉). Якщо маса білого карлика перевищує цю межу, він не може втриматись від гравітаційного колапсу лише внаслідок тиску виродження електронів. Що призводить до появи наднової типу Ia, коли зоря вибухає і нічого не залишає після себе.
-
Межа Толмана-Оппенгеймера-Волкова: Межа TOV - це максимальна маса, яку може мати нейтронна зоря до того, як вона колапсує в чорну діру. Вона досі не визначена, але вважається, що знаходиться в діапазоні від 2 до 3 мас Сонця. Виведена Річардом Толманом, Робертом Оппенгеймером і Джорджем Волковим. Мається на увазі точка, де тиск нейтронного виродження (сила, що протидіє гравітації в нейтронній зірці) недостатня для того, щоб підтримувати зорю проти її власної гравітації.
Отже, загальний процес відбувається так:
-
Зорі з кінцевою масою, меншою за межу Чандрасекара (1,4 M☉), стають білими карликами.
-
Зорі з кінцевою масою, що перевищує межу Чандрасекара, але меншою за межу TOV (приблизно 1,5-3 M☉), зазнають подальшого колапсу і перетворюються на нейтронні зорі.
-
Зірки з кінцевою масою, що перевищує межу TOV, не здатні підтримувати себе навіть під тиском нейтронного виродження і тому продовжують колапсувати, утворюючи чорні діри.
Кінцева маса, як правило, позначає масу ядра масивної зорі після того, як вона позбулася зовнішніх шарів на пізніх стадіях еволюції або через зоряний вітер чи внаслідок вибуху наднової.
Звісно, всесвіт приховує багато сюрпризів, хоча наше розуміння фізики постійно розвивається. Цілком можливо, що фізична природа того, що лежить за межами чорних дір, ховається поза нашими мріями.
Зрештою, таємниця лежить за горизонтом подій, продовжуючи надихати на нові дослідження та філософські роздуми. А нам залишається чекати на розвиток технологій, якщо раніше ми не зрозуміємо таємницю чорних дір.
Згідно з новим дослідженням, тінь чорної діри підпорядковується теорії Ейнштейна. Таким чином, гіпотеза великого фізика майже доведена.
Крім того, астрофізики запропонували новий метод вимірювання сталої Габбла.
