BIAŁA DZIURA: HISTORIA, TEORIA I JAK POWSTAJE - FIZYCZNY - 2026

Biały otwór jest osobliwość przestrzeni - czas, należące do konkretnych rozwiązań równania ogólnego wzgl. Te osobliwości mają tak zwany horyzont zdarzeń. Oznacza to obecność bariery, której w białej dziurze nic nie może przeniknąć z zewnątrz. Teoretycznie biała dziura to osobliwość, która sięga przeszłości.

W tej chwili nikt nie był w stanie żadnego zaobserwować. Ale możliwe jest, że nasze istnienie zawdzięczamy najbardziej wyjątkowemu ze wszystkich: Wielki Wybuch sprzed 13,8 miliarda lat można uznać za zdarzenie spowodowane przez supermasywną białą dziurę.

Duża masa, taka jak planeta, może wypaczać czasoprzestrzeń. Źródło: Mysid

Teoria ogólnej teorii względności uważa, że ​​czasoprzestrzeń może zostać zdeformowana pod wpływem przyspieszenia lub obecności masywnych obiektów. Jest to ta sama teoria, która przewidywała istnienie czarnych dziur, których odpowiednikiem byłyby białe dziury. Dlatego ich istnienie uważa się za równie możliwe.

Otóż, aby uformować osobliwość czasoprzestrzenną, potrzebny jest jakiś mechanizm fizyczny. W przypadku czarnych dziur przyczyną jest grawitacyjne zapadanie się supermasywnej gwiazdy.

Ale fizyczny mechanizm, który mógłby utworzyć osobliwość podobną do białej dziury, nie jest jeszcze znany. Chociaż z pewnością pojawili się kandydaci, aby wyjaśnić swoje możliwe szkolenie, jak wkrótce się przekonamy.

Różnice między czarnymi a białymi dziurami

Wiele ze znanych czarnych dziur to pozostałości po nadolbrzymie, który uległ wewnętrznemu upadkowi.

Kiedy tak się dzieje, siły grawitacji rosną do tego stopnia, że ​​nic, co się zbliży, nie będzie w stanie uciec przed ich wpływem, nawet światło.

Dlatego czarne dziury są w stanie połknąć wszystko, co do nich wpadnie. Wręcz przeciwnie, nic nie mogłoby wejść do białej dziury, wszystko byłoby odrzucone lub z niej odparte.

Czy istnienie takiego obiektu jest możliwe? W końcu czarne dziury pozostawały przez długi czas jako matematyczne rozwiązanie równań pola Einsteina, dopóki nie zostały wykryte dzięki efektom grawitacji i promieniowania, jakie wywołują w swoim otoczeniu, a ostatnio sfotografowane.

Natomiast białe dziury są nadal ukryte przed kosmologami, jeśli naprawdę istnieją.

Historia jego odkrycia

Teoria istnienia białych dziur wywodzi się z prac Karla Schwarzschilda (1873-1916), niemieckiego fizyka, który jako pierwszy znalazł dokładne rozwiązanie relatywistycznych równań pola Alberta Einsteina.

W tym celu opracował model o symetrii sferycznej, którego rozwiązania mają osobliwości, czyli dokładnie czarne dziury i ich białe odpowiedniki.

Praca Schwarzschilda nie była zbyt popularna, być może została opublikowana podczas pierwszej wojny światowej. Kilka lat zajęło dwóm fizykom samodzielne podjęcie tego zagadnienia w latach sześćdziesiątych.

W 1965 roku matematycy Igor Novikov i Yuval Ne'eman przeanalizowali rozwiązania Schwarzschilda, ale używając innego układu współrzędnych.

W tym czasie nie ukuto jeszcze terminu biała dziura. W rzeczywistości były one znane jako „opóźnione jądra” i uważane były za niestabilne.

Jednak będąc odpowiednikiem czarnych dziur, naukowcy próbowali znaleźć fizyczny obiekt, którego natura byłaby zgodna z przewidywaną dla białych dziur.

Kwazary i białe dziury

Naukowcy wierzyli, że znaleźli go w kwazarach, najjaśniejszych obiektach we Wszechświecie. Emitują one intensywny strumień promieniowania wykrywany przez radioteleskopy, dokładnie tak, jak powinna to robić biała dziura.

Ostatecznie jednak energii kwazarów podano bardziej wykonalne wyjaśnienie, związane z czarnymi dziurami w centrum galaktyk. I tak białe dziury znów były abstrakcyjnymi jednostkami matematycznymi.

Więc chociaż są znane, białe dziury przyciągają znacznie mniej uwagi niż czarne dziury. Wynika to nie tylko z faktu, że uważa się je za niestabilne, co stawia pod znakiem zapytania ich faktyczne istnienie, ale także dlatego, że nie ma rozsądnej hipotezy o ich możliwym pochodzeniu.

Natomiast czarne dziury powstają w wyniku grawitacyjnego zapadania się gwiazd, zjawiska fizycznego, które zostało dobrze udokumentowane.

Możliwe znalezienie białej dziury

Naukowcy są przekonani, że w końcu wykryli białą dziurę w zjawisku o nazwie GRB 060614, które miało miejsce w 2006 roku. Zjawisko to zostało zaproponowane jako pierwsze udokumentowane pojawienie się białej dziury.

GRB 060614 był rozbłyskiem gamma, wykrytym przez Swift Observatory Neila Gehrelsa 14 czerwca 2006 r., O osobliwych właściwościach. Zakwestionował wcześniej utrzymywany konsensus naukowy dotyczący pochodzenia błysków gamma i czarnych dziur.

Wielki Wybuch, który według niektórych był supermasywną białą dziurą, mógł z kolei być wynikiem supermasywnej czarnej dziury w sercu nieznanej galaktyki znajdującej się w naszym macierzystym wszechświecie.

Jedną z trudności w obserwacji białej dziury jest to, że cała materia jest z niej wydalana w jednym impulsie. Zatem białej dziury brakuje niezbędnej ciągłości, aby można ją było zaobserwować, podczas gdy czarne dziury mają wystarczającą trwałość, aby można je było zobaczyć.

Teoria

Einstein postuluje, że masa, czas i długość są ściśle zależne od prędkości układu odniesienia, w którym są mierzone.

Ponadto czas jest uważany za jeszcze jedną zmienną o takim samym znaczeniu, jak zmienne przestrzenne. Tak więc o czasoprzestrzeni mówi się jako o istocie, w której zachodzi każde zdarzenie i wszystkie zdarzenia.

Materia oddziałuje na strukturę czasoprzestrzeni i ją modyfikuje. Einstein opisuje, jak to się dzieje w przypadku zestawu 10 równań tensorowych, znanych jako równania pola.

Kilka ważnych pojęć z teorii względności

Tensory to jednostki matematyczne, które umożliwiają rozpatrywanie zmiennej czasowej na tym samym poziomie, co zmienne przestrzenne. Dobrze znane wektory, takie jak siła, prędkość i przyspieszenie, są częścią tego rozszerzonego zestawu jednostek matematycznych.

Matematyczny aspekt równań Einsteina obejmuje również pojęcia takie jak metryka, która jest odległością zarówno w przestrzeni, jak i w czasie, która oddziela dwa nieskończenie bliskie zdarzenia.

Dwa punkty w czasoprzestrzeni są częścią krzywej zwanej geodezyjną. Punkty te są połączone w czasoprzestrzeni. Taka reprezentacja czasoprzestrzeni jest widoczna na poniższym rysunku:

O kształcie stożka decyduje prędkość światła c, która jest stała we wszystkich układach odniesienia. Wszystkie zawody muszą mieć miejsce w pachołkach. Jeśli istnieją wydarzenia poza nimi, nie ma sposobu, aby dowiedzieć się, ponieważ informacja powinna podróżować szybciej niż światło, aby została dostrzeżona.

Równania pola Einsteina dopuszczają rozwiązanie z dwoma osobliwościami w pustym regionie (to znaczy bez masy). Jedna z tych osobliwości to czarna dziura, a druga to biała dziura. Dla obu istnieje horyzont zdarzeń, który jest sferyczną granicą o skończonym promieniu, która otacza osobliwość.

W przypadku czarnych dziur nic, nawet światło, nie może wydostać się z tego obszaru. A w białych dziurach horyzont zdarzeń jest barierą, której nic nie może przebić z zewnątrz. Roztwór czarnej dziury w próżni znajduje się w stożku światła przyszłości, podczas gdy roztwór białej dziury znajduje się w przeszłym regionie stożka światła.

Rozwiązania równań Einsteina, które obejmują prawdziwą czarną dziurę, wymagają obecności materii iw tym przypadku rozwiązanie, które zawiera białą dziurę, znika. Dlatego wyciągnięto wniosek, że jako rozwiązanie matematyczne w teorii pojedynczych rozwiązań bez materii istnieją białe dziury. Ale tak nie jest, gdy materia jest zawarta w równaniach Einsteina.

Jak powstaje biała dziura?

W 2014 roku fizyk teoretyczny Carlo Rovelli i jego zespół z Uniwersytetu Aix-Marseille we Francji zaproponowali, że białe dziury mogą powstać w wyniku śmierci czarnej dziury.

Już w latach siedemdziesiątych czołowy ekspert od czarnych dziur Stephen Hawking obliczył, że czarna dziura traci masę w wyniku emisji promieniowania Hawkinga.

Obliczenia przeprowadzone przez Rovellego i jego zespół wskazują, że takie zmniejszenie strat promieniowania z czarnej dziury może w końcowym stadium spowodować odbicie, które utworzy białą dziurę.

Ale obliczenia Rovellego wskazują również, że w przypadku czarnej dziury o masie równej masie Słońca, utworzenie białej dziury wymagałoby około biliarda razy więcej niż obecny wiek Wszechświata.

Białe dziury i ciemna materia

Sekundę po Wielkim Wybuchu, fluktuacje gęstości w szybko rozszerzającym się Wszechświecie były w stanie wytworzyć pierwotne czarne dziury (bez potrzeby zapadania się gwiazdy).

Te pierwotne czarne dziury są wiele, wiele mniejszych niż te pochodzące z gwiazd i mogą wyparować, aż umrą, by ustąpić miejsca białej dziurze w czasie włączonym do życia Wszechświata.

Mikroskopijne białe dziury mogą być bardzo masywne. Na przykład jeden rozmiar ziarenka pyłu może mieć większą masę niż Księżyc.

Zespół Rovelli sugeruje nawet, że te mikroskopijne białe dziury mogą wyjaśniać ciemną materię, kolejną z najważniejszych tajemnic kosmologicznych.

Mikroskopijne białe dziury nie emitowałyby promieniowania; a ponieważ są mniejsze niż jedna długość fali, okazują się niewidoczne. Może to być kolejny powód, który wyjaśniałby, dlaczego nie zostały one jeszcze wykryte.

Bibliografia

1. Battersby, S. 2010. Wieczne czarne dziury są ostatecznym kosmicznym sejfem. Odzyskany z: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Białe dziury mogą być sekretnym składnikiem tajemniczej ciemnej materii. Odzyskany z: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Co to są białe dziury? Odzyskany z: phys.org.
4. Mistrzowie, Karen. 2015. Co to jest biała dziura? Odzyskany z curious.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Biała dziura. Odzyskane z: wikiwand.com