Один из вопросов, которым часто задаются физики, заключается в следующем: когда что-то переходит на другую сторону (то есть внутрь) горизонта событий черной дыры, куда оно направляется? Конечно, вы можете просто заявить: "Она попадает в центральную сингулярность черной дыры", но это неудовлетворительный ответ, особенно потому, что мы знаем, что законы физики нарушаются в этой сингулярности. Одна из возможностей, которую часто рассматривают, заключается в том, что сингулярность может быть не просто точкой, куда вещи "переходят" после попадания в горизонт событий, но также может быть и точкой, из которой вещи "появляются".
Вместо того, чтобы быть "концом" истории, это могло бы стать "началом" новой, другой истории. Другими словами, вполне вероятно, что произойдут события, соответствующие появлению большого количества материи и энергии в определенном месте и времени, которые также будут соответствовать сингулярности. В нашей Вселенной могут быть не только черные дыры, но также и белые дыры: места, где все, кажется, начинается с изначальной сингулярности. Физики не упускают из виду, что во многих отношениях это соответствует замечательному событию, произошедшему 13,8 миллиардов лет назад: горячему Большому взрыву.
Иллюстрация нашей космической истории от Большого взрыва до наших дней в контексте расширяющейся Вселенной. Мы не можем быть уверены, несмотря на утверждения многих, что Вселенная возникла из сингулярности. Однако возможно, подобно тому, как черные дыры "заканчиваются" в сингулярности, наша Вселенная и ее инфляционное состояние, породившее горячий Большой взрыв, возникли из сингулярности.
Это открывает удивительную возможность существования связи между черными дырами и возникновением новой Вселенной. Каждый раз, когда наша Вселенная образует новую черную дыру, возникает ли где-то по другую сторону сингулярности детская Вселенная, аналогичная белой дыре? Означает ли это также, что наша Вселенная и наш собственный горячий Большой Взрыв возникли из состояния, мало чем отличающегося от состояния белой дыры, и было ли это, возможно, вызвано тем, что предыдущая Вселенная сформировала черную дыру, последствием которой было наше появление?
Есть забавный расчет, который можно выполнить, приложив лишь небольшие усилия. Если бы вы сложили всю материю и излучение наблюдаемой Вселенной - все атомы, все черные дыры, всю темную материю, все фотоны и все нейтрино - вы бы получили значение эффективной "массы" наблюдаемой Вселенной. (В конце концов, если самое известное уравнение Эйнштейна говорит нам, что E = mc², то верно и то, что m = E/c², поэтому мы можем найти эквивалент массы для всех вещей, обладающих энергией.) И если бы вы затем представили, что вся эта масса пошла на создание черной дыры, то могли бы вычислить ожидаемый радиус черной дыры с горизонтом событий и с массой, эквивалентной тому, что находится внутри нашей наблюдаемой Вселенной.
Во время космологической инфляции пространство, содержащееся в инфляционной области, растет экспоненциально, удваиваясь во всех трех измерениях с каждой крошечной проходящей долей секунды. Там, где заканчивается инфляция, наступает горячий Большой взрыв. Но из-за квантовых эффектов каждая область, где происходит Большой Взрыв, будет окружена все более раздувающимся, экспоненциально расширяющимся пространством, гарантируя, что никакие две области, где произойдет горячий Большой Взрыв, никогда не столкнутся, не пересекутся или не перекроются.
Ответ, который вы получите на вопрос "Насколько велик будет горизонт событий черной дыры с массой, эквивалентной всей материи и излучения в наблюдаемой Вселенной?" около 16,5 миллиардов световых лет. Это около трети фактического радиуса края наблюдаемой Вселенной: 46,1 миллиарда световых лет. Фактически, если бы не присутствие темной энергии - если бы у нас было больше нормальной материи, темной материи, нейтрино или фотонов вместо темной энергии - эти два значения фактически равнялись бы друг другу. Несмотря на то, что мы не наблюдаем никаких доказательств существования белых дыр в нашей Вселенной, тот факт, что у нас был Большой Взрыв, и тот факт, что у нас есть черные дыры в нашей Вселенной, вполне согласуется с идеей о том, что в нашей Вселенной существует "белая дыра". другой конец каждой черной дыры, которая когда-либо была создана. На самом деле, если очень глубоко заглянуть в дебри, если вы спросите, что происходит, когда вы падаете за внешний горизонт событий вращающейся черной дыры, то окажется, что то, что вы испытываете, очень похоже на то, что, как мы полагаем, переживала наша Вселенная незадолго до горячего Большого взрыва: период экспоненциального расширения, очень похожего на то, что мы сегодня знаем как космическую инфляцию.
Извне черной дыры вся падающая материя излучает свет и всегда видна, в то время как ничто из-за горизонта событий не может выйти наружу. Но если бы вы упали в черную дыру, ваша энергия могла бы вновь возникнуть как часть горячего Большого взрыва в новорожденной Вселенной.
Но существуют ли белые дыры на самом деле? Правда в том, что мы никогда не видели ни одной и не ожидаем, что когда-нибудь найдем хоть одну в нашей Вселенной. Горизонты событий, к сожалению, очень хорошо "скрывают" все, что происходит по другую сторону от них. В центральных точках каждой черной дыры нашей Вселенной может быть что-то очень интересное, но мы никогда не сможем получить к ним доступ.
Трезвая истина, как бы мы ее ни ненавидели, заключается в том, что количество информации, присутствующей во Вселенной, ограничено и не позволяет нам реконструировать то, что происходит (или что происходило) по "другую сторону" этих событий. Стоит иметь в виду, что Общая теория относительности признает белые дыры равноценными с черными дырами, но в нашей Вселенной были найдены только наблюдательные свидетельства существования черных дыр.
Белые дыры остаются интригующей возможностью, но их существование на данный момент можно назвать в лучшем случае лишь спекулятивным.
Лучший способ измерить космическое время
По какой-то причине, когда мы говорим о возрасте звезд, галактик и Вселенной, мы используем "годы" для измерения времени. Можем ли мы добиться большего?
Есть ряд грандиозных вопросов, которые мы можем задать о Вселенной, которые затрагивают самую суть того, чем на самом деле является реальность, и которые были одними из самых больших вопросов за всю историю человечества. Такие вопросы, как "Что такое Вселенная?", "Насколько она велика?" и "Была ли Вселенная вечно или возникла, и если да, то когда?". Раньше это были одни из величайших философских загадок, и тем не менее, последние сто лет дали твердые научные ответы. Мы знаем, что такое Вселенная, мы знаем, что наблюдаемая нами часть представляет собой волосок диаметром более 92 миллиардов световых лет, и мы знаем, что произошел горячий Большой Взрыв, который дал начало Вселенной, какой мы ее знаем, 13,8 миллиардов лет назад, с неопределенностью всего ~1% или около того.
Но почему из всех существующих способов измерения времени и расстояния мы используем такой земноцентричный набор единиц, как "годы" и "световые годы"? Нет ли лучшего, более объективного и универсального способа сделать это?
Конечно, есть. Ценность года как измерения определена настолько узко, что, по моему мнению, она неприемлема. Я имею в виду, что основа "года" существовала только для последних 30% возраста Вселенной! И очевидно, что критическая концепция светового года также связана с этим ограниченным измерением". Стоит рассмотреть альтернативы этим несколько произвольным определениям.
Давайте посмотрим на науку, лежащую в основе измерения космического времени.
Рядом звезды и галактики, которые мы видим, очень похожи на наши собственные. Но если мы посмотрим дальше, мы увидим Вселенную такой, какой она была в далеком прошлом: менее структурированной, более горячей, молодой и менее развитой. Во многих отношениях существуют границы того, как далеко мы можем заглянуть во Вселенную.
На самом деле здесь, на Земле, есть только два способа понять концепцию течения времени, и оба используют регулярное повторение явлений, которые необходимы не только для человеческой, но и для всей биологической деятельности. В более коротких временных рамках у нас есть концепция дней, которая важна по ряду причин, в том числе: они отмечают восход и закат солнца, они соответствуют (примерно) одному полному вращению Земли вокруг своей оси, они соответствуют периоду, когда большинство растений и животных испытывают как активность, так и покой, за всем этим последовало повторение всех этих явлений на следующий день. Между тем, в более длительных временных масштабах совершенно очевидно, что между последующими днями существуют существенные различия, которые сами повторяются, если мы ждем достаточно долго.
В течение года дни меняются по-разному, в том числе: время восхода и захода солнца наступает и отступает, продолжительность светового дня увеличивается и уменьшается, Солнце достигает максимума своей высоты над горизонтом, за которым следует минимум, и снова возврат в исходное положение, времена года меняются циклично, вместе с ними меняется и биологическая активность растений, животных и других живых существ.
Каждый год, с очень небольшими вариациями, циклы предыдущего года снова повторяются. Поскольку Земля вращается вокруг Солнца по эллипсу, она движется быстрее в перигелии (ближайшем к Солнцу) и медленнее в афелии (наиболее удаленном от Солнца), что приводит к изменениям времени, в которое Солнце восходит и заходит, а также продолжительность фактического дня в течение года. Наклон орбиты Земли также влияет на уравнение времени.
Эти закономерности повторяются ежегодно и зависят от широты, но обычно приводят к образцу "восьмерки" для аналеммы Земли: форме, которую наше Солнце прослеживает по небу в одно и то же время каждый день в течение года.