WHITE HOLE: HISTORIE, TEORI OG HVORDAN DET BLIR DANNET - FYSISK - 2025

Det hvite hullet er en enkelhet mellom rom og tid, og tilhører de eksakte løsningene av likningene av generell relativitet. Disse singularitetene har det som kalles en hendelseshorisont. Dette betyr tilstedeværelsen av en barriere, som i et hvitt hull ingenting kan trenge gjennom fra utsiden. Teoretisk sett er et hvitt hull en singularitet som går til fortiden.

For øyeblikket har ingen vært i stand til å observere noen. Men det er mulig at vi skylder vår eksistens til det mest spesielle av alt: Big Bang for 13,8 milliarder år siden kan betraktes som en hendelse forårsaket av et supermassivt hvitt hull.

En stor masse som en planet kan fordreie rom-tid. Kilde: Mysid

Teorien om generell relativitet vurderer at rom-tid kan deformeres av effekten av akselerasjon eller av tilstedeværelsen av massive gjenstander. Det er den samme teorien som spådde eksistensen av sorte hull, hvorav hvite hull ville være motstykket. Derfor vurderes eksistensen av disse som like mulige.

For å danne rom-tid-singulariteten er det nødvendig med en fysisk mekanisme. Når det gjelder sorte hull, er årsaken kjent for å være gravitasjonskollapsen av en supermassiv stjerne.

Men den fysiske mekanismen som kan danne en hvithull-lignende singularitet er ennå ikke kjent. Selv om kandidater absolutt har dukket opp for å forklare sin mulige opplæring, vil det sees i løpet av kort tid.

Forskjeller mellom sorte hull og hvite hull

Mange av de kjente sorte hullene er restene av en supergiant stjerne som har fått en intern kollaps.

Når det skjer, øker gravitasjonskreftene i en slik grad at ingenting som kommer i nærheten vil kunne slippe unna sin innflytelse, ikke engang lys.

Det er grunnen til at sorte hull er i stand til å svelge alt som faller i dem. Tvert imot, ingenting kunne komme inn i et hvitt hull, alt ville bli avvist eller frastøtt fra det.

Er eksistensen av et slikt objekt mulig? Tross alt forble svarte hull i lang tid som en matematisk løsning på Einsteins feltlikninger, til de ble oppdaget takket være gravitasjons- og strålingseffektene de forårsaker i omgivelsene, og nylig ble fotografert.

I kontrast er de hvite hullene fortsatt skjult for kosmologer, hvis de virkelig eksisterer.

Historien om oppdagelsen

Teorien om eksistensen av hvite hull startet fra verkene til Karl Schwarzschild (1873-1916), en tysk fysiker og den første som fant en nøyaktig løsning på Albert Einsteins relativistiske feltlikninger.

For å gjøre dette utviklet han en modell med sfærisk symmetri hvis løsninger har entalliteter, som nettopp er sorte hull og deres hvite motstykker.

Schwarzschilds verk var ikke akkurat populært, kanskje etter å ha blitt utgitt under første verdenskrig. Det tok noen år for to fysikere å ta det opp uavhengig på 1960-tallet.

I 1965 analyserte matematikere Igor Novikov og Yuval Ne'eman Schwarzschild-løsningene, men ved bruk av et annet koordinatsystem.

På det tidspunktet var begrepet hvitt hull ennå ikke myntet. Faktisk var de kjent som "lagging nuclei", og ble ansett som ustabile.

Imidlertid, som motstykke til sorte hull, prøvde forskerne å finne en fysisk gjenstand hvis natur var forenlig med den som var forutsagt for hvite hull.

Kvasarer og hvite hull

Forskerne trodde de fant det i kvasarer, de lyseste gjenstandene i universet. Disse avgir en intens stråling av stråling detekterbar med radioteleskoper, akkurat som et hvitt hull skal.

Imidlertid ble energien til kvasarer til slutt gitt en mer mulig forklaring, relatert til sorte hull i sentrum av galakser. Og de hvite hullene var igjen som abstrakte matematiske enheter.

Så selv om de er kjent, har hvite hull fått mye mindre oppmerksomhet enn sorte hull. Dette skyldes ikke bare det faktum at de antas å være ustabile, noe som setter deres faktiske eksistens i tvil, men også fordi det ikke er noen rimelig hypotese om deres mulige opprinnelse.

Derimot oppstår sorte hull fra gravitasjonskollaps av stjerner, et fysisk fenomen som er dokumentert godt.

Mulig funn av et hvitt hull

Forskere er overbevist om at de endelig har oppdaget et hvitt hull i et fenomen kalt GRB 060614, som skjedde i 2006. Dette fenomenet har blitt foreslått som det første dokumenterte utseendet til et hvitt hull.

GRB 060614 var en gamma-ray burst oppdaget av Neil Gehrels 'Swift Observatory 14. juni 2006, med særegne egenskaper. Det utfordret en tidligere holdt vitenskapelig enighet om opprinnelsen til gammastråle-utbrudd og sorte hull.

Big Bang, som noen mener var et supermassivt hvitt hull, kan igjen ha vært et resultat av et supermassivt svart hull, i hjertet av en ukjent galakse som ligger i vårt foreldreunivers.

En av vanskene med å observere et hvitt hull er at all materie blir utvist fra det med en enkelt puls. Så det hvite hullet mangler den nødvendige kontinuiteten for å bli observert, mens sorte hull har nok utholdenhet til å bli sett.

Teori

Einstein postulerer at masse, tid og lengde er nær avhengig av hastigheten til referanserammen de måles i.

I tillegg anses tiden som en variabel til, med samme betydning som de romlige variablene. Dermed snakkes rom-tid om som en enhet der enhver hendelse og alle hendelser finner sted.

Materie samhandler med stoffets rom-tid og endrer det. Einstein beskriver hvordan dette skjer med et sett med 10 tensor-ligninger, kjent som feltligningene.

Noen viktige begreper i relativitetsteorien

Tensorer er matematiske enheter som lar temporalvariabelen vurderes på samme nivå som de romlige variablene. De kjente vektorene som kraft, hastighet og akselerasjon er en del av dette utvidede settet med matematiske enheter.

Det matematiske aspektet av Einsteins ligninger innebærer også begreper som det metriske, som er avstanden i både rom og tid som skiller to uendelig tette hendelser.

To punkter i romtiden er en del av en kurve som kalles en geodesisk. Disse punktene er samlet en mellomrom. En slik representasjon av rom-tid er observert i følgende figur:

Formen på kjeglen bestemmes av hastigheten på lyset c, som er en konstant i alle referanserammer. Alle hendelser må finne sted innenfor kjeglene. Hvis det er hendelser utenfor dem, er det ingen måte å vite, fordi informasjon bør reise raskere enn lys for å bli oppfattet.

Einsteins feltlikninger innrømmer en løsning med to singulariteter i et tomt område (det vil si uten masse). En av disse singularitetene er et svart hull, og det andre et hvitt hull. For begge er det en hendelseshorisont, som er en sfærisk grense for endelig radius som omgir singulariteten.

Når det gjelder sorte hull, kan ingenting, ikke engang lys, komme ut av denne regionen. Og i hvite hull er hendelseshorisonten en barriere som ingenting kan trenge gjennom utenfra. Svarthullsløsningen i vakuum er i fremtidens lyskjegle, mens hvithullsløsningen befinner seg i det tidligere området av lyskeglen.

Løsningene av Einsteins ligninger som inkluderer et ekte svart hull krever tilstedeværelse av materie, og i dette tilfellet forsvinner løsningen som inneholder det hvite hullet. Derfor konkluderes det med at som en matematisk løsning, i teorien om entalløsninger uten materie, eksisterer det hvite hull. Men dette er ikke tilfelle når materie inngår i Einsteins ligninger.

Hvordan dannes et hvitt hull?

I 2014 foreslo teoretisk fysiker Carlo Rovelli og teamet hans ved Universitetet i Aix-Marseille i Frankrike at hvite hull kan oppstå ved døden av et svart hull.

Allerede på 1970-tallet beregnet den ledende eksperten på sorte hull, Stephen Hawking, at et svart hull mister masse gjennom utslippet av Hawking-stråling.

Beregninger av Rovelli og teamet hans indikerer at en slik strålingstap-sammentrekning av et svart hull i sin sluttfase kunne gi et sprett som skaper et hvitt hull.

Men Rovellis beregninger indikerer også at når det gjelder et svart hull med en masse som tilsvarer solens, vil det ta omtrent en firedobling ganger universets nåværende alder for å danne et hvitt hull.

Hvite hull og mørk materie

Ett sekund etter Big Bang klarte svingninger i tetthet i et raskt ekspanderende univers å produsere urfarlige sorte hull (uten behov for stjernekollaps).

Disse urbane sorte hullene er mange, mange mindre enn de med stjerners opprinnelse og kan fordampe til de dør for å vike for et hvitt hull i en tid inkludert i universets liv.

Mikroskopiske hvite hull kan være veldig massive. For eksempel kan en på størrelse med et støvkorn ha større masse enn månen.

Rovellis team antyder til og med at disse mikroskopiske hvite hullene kan forklare mørk materie, et annet av de viktigste kosmologiske mysteriene.

Mikroskopiske hvite hull ville ikke avgi stråling; og siden de er mindre enn en bølgelengde, viser de seg å være usynlige. Dette kan være en annen grunn som kan forklare hvorfor de ennå ikke er oppdaget.

referanser

1. Battersby, S. 2010. Evige sorte hull er den ultimate kosmiske safe. Gjenopprettet fra: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. White Holes kan være den hemmelige ingrediensen i mystisk mørk materie. Gjenopprettet fra: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Hva er hvite hull ?. Gjenopprettet fra: phys.org.
4. Mestere, Karen. 2015. Hva er et hvitt hull ?. Gjenopprettet fra nysgjerrig.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Hvitt hull. Gjenopprettet fra: wikiwand.com