WHITE HOLE: HISTORIE, TEORI OG HVORDAN DET DANNES - FYSISK - 2024

Det hvide hul er en singularitet i rum - tid, der hører til de nøjagtige løsninger af ligningerne af generel relativitet. Disse singulariteter har det, der kaldes en begivenhedshorisont. Dette betyder tilstedeværelsen af ​​en barriere, som i et hvidt hul intet kan trænge udefra. Teoretisk set er et hvidt hul en singularitet, der går til fortiden.

I øjeblikket har ingen været i stand til at observere nogen. Men det er muligt, at vi skylder vores eksistens til det mest specielle af alle: Big Bang for 13,8 milliarder år siden kan betragtes som en begivenhed forårsaget af et supermassivt hvidt hul.

En stor masse som en planet kan fordreje rum-tid. Kilde: Mysid

Teorien om generel relativitet vurderer, at rumtid kan deformeres af virkningen af ​​acceleration eller ved tilstedeværelsen af ​​massive genstande. Det er den samme teori, der forudsagde eksistensen af ​​sorte huller, hvoraf hvide huller ville være modstykket. Derfor betragtes eksistensen af ​​disse som lige mulige.

For at danne rum-tid-singulariteten kræves der en fysisk mekanisme. I tilfælde af sorte huller vides årsagen til at være en supermassiv stjerne gravitationskollaps.

Men den fysiske mekanisme, der kunne danne en hvidhul-lignende singularitet, er endnu ikke kendt. Selvom kandidater helt sikkert er dukket op for at forklare deres mulige træning, som det vil ses kort.

Forskelle mellem sorte huller og hvide huller

Mange af de kendte sorte huller er resterne af en supergigantisk stjerne, der har lidt et internt sammenbrud.

Når det sker, øges tyngdekraften i en sådan grad, at intet, der kommer tæt på, vil være i stand til at undslippe dens indflydelse, ikke engang lys.

Derfor er sorte huller i stand til at sluge alt det, der falder ned i dem. Tværtimod, intet kunne komme ind i et hvidt hul, alt ville blive afvist eller afvist fra det.

Er eksistensen af ​​et sådant objekt muligt? Når alt kommer til alt forblev sorte huller i lang tid som en matematisk løsning på Einsteins feltligninger, indtil de blev opdaget takket være de tyngdekraft- og strålingseffekter, de forårsager i deres omgivelser, og for nylig blev fotograferet.

I modsætning hertil er de hvide huller stadig skjult for kosmologer, hvis de virkelig findes.

Historie om dens opdagelse

Teorien om eksistensen af ​​hvide huller startede fra værkerne af Karl Schwarzschild (1873-1916), en tysk fysiker og den første til at finde en nøjagtig løsning på Albert Einsteins relativistiske feltligninger.

For at gøre dette udviklede han en model med sfærisk symmetri, hvis løsninger har entaliteter, som netop er sorte huller og deres hvide modstykker.

Schwarzschilds arbejde var ikke nøjagtigt populært, måske efter at have været offentliggjort under den første verdenskrig. Det tog et par år for to fysikere at optage det uafhængigt i 1960'erne.

I 1965 analyserede matematikere Igor Novikov og Yuval Ne'eman Schwarzschild-løsningen, men ved hjælp af et andet koordinatsystem.

På det tidspunkt var udtrykket hvidt hul endnu ikke opfundet. Faktisk blev de kendt som "laggende kerner" og blev betragtet som ustabile.

Imidlertid, som modstykke til sorte huller, forsøgte forskerne at finde et fysisk objekt, hvis natur var forenelig med det, der blev forudsagt for hvide huller.

Kvasarer og hvide huller

Forskerne troede, at de fandt det i kvasarer, de lyseste objekter i universet. Disse udsender en intens strømning af stråling, der kan påvises ved radioteleskoper, ligesom et hvidt hul skal.

Imidlertid fik energi fra kvasarer til sidst en mere gennemførlig forklaring, relateret til sorte huller i centrum af galakser. Og så var de hvide huller igen som abstrakte matematiske enheder.

Så selvom de er kendt, har hvide huller modtaget meget mindre opmærksomhed end sorte huller. Dette skyldes ikke kun det faktum, at de menes at være ustabile, hvilket rejser tvivl om deres faktiske eksistens, men også fordi der ikke er nogen rimelig hypotese om deres mulige oprindelse.

I modsætning hertil opstår sorte huller fra tyngdepunktets sammenbrud af stjerner, et fysisk fænomen, der er dokumenteret godt.

Muligt at finde et hvidt hul

Forskere er overbeviste om, at de endelig har opdaget et hvidt hul i et fænomen kaldet GRB 060614, der opstod i 2006. Dette fænomen er blevet foreslået som det første dokumenterede udseende af et hvidt hul.

GRB 060614 var en gammastråle-burst, der blev opdaget af Neil Gehrels 'Swift Observatory den 14. juni 2006 med særlige egenskaber. Det udfordrede en tidligere holdt videnskabelig konsensus om oprindelsen af ​​gammastråle-bursts og sorte huller.

Big Bang, som nogle mener var et supermassivt hvidt hul, kan igen have været resultatet af et supermassivt sort hul, i hjertet af en ukendt galakse beliggende i vores moderunivers.

En af vanskelighederne ved at observere et hvidt hul er, at al materie udvises fra det i en enkelt puls. Så det hvide hul mangler den nødvendige kontinuitet, der skal overholdes, mens sorte huller har tilstrækkelig vedholdenhed til at blive set.

Teori

Einstein postulerer, at masse, tid og længde er tæt afhængige af hastigheden af ​​den referenceramme, som de måles i.

Derudover betragtes tid som en mere variabel med den samme betydning som de rumlige variabler. Således omtales rumtid som en enhed, hvor enhver begivenhed og alle begivenheder finder sted.

Materiale interagerer med stof-tid og ændrer det. Einstein beskriver, hvordan dette sker med et sæt af 10 tensor-ligninger, kendt som feltligningerne.

Nogle vigtige begreber i relativitetsteorien

Tensorer er matematiske enheder, der tillader den tidsmæssige variabel at blive betragtet på samme niveau som de rumlige variabler. De velkendte vektorer såsom kraft, hastighed og acceleration er en del af dette udvidede sæt af matematiske enheder.

Det matematiske aspekt af Einsteins ligninger involverer også begreber som metrikken, som er afstanden i både rum og tid, der adskiller to uendeligt tæt hændelser.

To punkter i rumtiden er en del af en kurve kaldet en geodesic. Disse punkter er samlet en afstand-tidsafstand. En sådan repræsentation af rumtid observeres i den følgende figur:

Konusens form bestemmes af lysets hastighed, som er en konstant i alle referencerammer. Alle begivenheder skal finde sted inden i keglerne. Hvis der er begivenheder uden for dem, er der ingen måde at vide, fordi information skal rejse hurtigere end lys for at blive opfattet.

Einsteins feltligninger indrømmer en løsning med to entaliteter i et tomt område (dvs. uden masse). En af disse singulariteter er et sort hul, og det andet er et hvidt hul. For begge er der en begivenhedshorisont, som er en sfærisk grænse for en endelig radius, der omgiver singulariteten.

I tilfælde af sorte huller kan intet, ikke engang lys, komme ud af denne region. Og i hvide huller er begivenhedshorisonten en barriere, som intet kan trænge udefra. Det sorte hulopløsning i vakuum er i fremtidens lyskegle, mens løsningen med det hvide hul er i det tidligere område af lyskeglen.

Opløsningerne af Einsteins ligninger, der inkluderer et ægte sort hul, kræver tilstedeværelse af stof, og i dette tilfælde forsvinder løsningen, der indeholder det hvide hul. Derfor konkluderes det, at der som en matematisk løsning i teorien om entalløsninger uden stof findes hvide huller. Men dette er ikke tilfældet, når stof indgår i Einsteins ligninger.

Hvordan dannes et hvidt hul?

I 2014 foreslog den teoretiske fysiker Carlo Rovelli og hans team ved universitetet i Aix-Marseille i Frankrig, at hvide huller kan opstå ved døden af ​​et sort hul.

Allerede i 1970'erne beregnet den førende ekspert på sorte huller, Stephen Hawking, at et sort hul mister masse gennem emissionen af ​​Hawking-stråling.

Beregninger af Rovelli og hans team indikerer, at en sådan strålingstabskontraktion fra et sort hul i sin sidste fase kunne producere et studs, der skaber et hvidt hul.

Men Rovellis beregninger indikerer også, at i tilfælde af et sort hul med en masse, der er lig med solens, ville det tage ca. en firedobling gange universets nuværende alder for at danne et hvidt hul.

Hvide huller og mørk stof

Et sekund efter Big Bang var fluktuationer i tæthed i et hurtigt ekspanderende univers i stand til at producere oprindelige sorte huller (uden behov for stjernernes sammenbrud).

Disse oprindelige sorte huller er mange, mange mindre end de af stjernernes oprindelse og kan fordampe, indtil de dør for at give plads til et hvidt hul i en tid inkluderet i universets liv.

Mikroskopiske hvide huller kan være meget massive. For eksempel kan en på størrelse med et støvkorn have en større masse end Månen.

Rovellis team antyder endda, at disse mikroskopiske hvide huller kan forklare mørkt stof, et andet af de vigtigste kosmologiske mysterier.

Mikroskopiske hvide huller ville ikke udsende stråling; og da de er mindre end en bølgelængde, viser de sig at være usynlige. Dette kan være en anden grund, der forklarer, hvorfor de endnu ikke er blevet fundet.

Referencer

1. Battersby, S. 2010. Evige sorte huller er den ultimative kosmiske pengeskab. Gendannes fra: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Hvide huller kan være den hemmelige ingrediens i mystisk mørk stof. Gendannes fra: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Hvad er hvide huller ?. Gendannet fra: phys.org.
4. Masters, Karen. 2015. Hvad er et hvidt hul ?. Gendannes fra nysgerrig.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Hvidt hul. Gendannes fra: wikiwand.com