VITT HÅL: HISTORIA, TEORI OCH HUR DET BILDAS - FYSISK - 2025

Det vita hålet är en singularitet i rymden - tid som tillhör de exakta lösningarna i ekvationerna om allmän relativitet. Dessa singulariteter har det som kallas en händelseshorisont. Detta betyder förekomsten av en barriär, som i ett vitt hål ingenting kan tränga in från utsidan. Teoretiskt sett är ett vitt hål en singularitet som går till det förflutna.

För närvarande har ingen kunnat observera någon. Men det är möjligt att vi är skyldiga vår existens till det mest speciella av allt: Big Bang för 13,8 miljarder år sedan kan betraktas som en händelse orsakad av ett supermassivt vitt hål.

En stor massa som en planet kan skeva rymdtid. Källa: Mysid

Teorin om generell relativitet anser att rymdtid kan deformeras av effekten av acceleration eller av närvaron av massiva objekt. Det är samma teori som förutspådde existensen av svarta hål, av vilka vita hål skulle vara motsvarigheten. Därför anses existensen av dessa vara lika möjliga.

För att bilda rymd-tid singulariteten krävs någon fysisk mekanism. När det gäller svarta hål är orsaken känd för att en supermassiv stjärnes gravitation kollapsar.

Men den fysiska mekanismen som kan bilda en vit-hålliknande singularitet är ännu inte känd. Även om kandidater säkert har kommit fram för att förklara deras möjliga utbildning, vilket kommer att ses inom kort.

Skillnader mellan svarta hål och vita hål

Många av de kända svarta hålen är resterna av en supergigantisk stjärna som har drabbats av en inre kollaps.

När det händer ökar gravitationskrafterna i sådan utsträckning att ingenting som kommer nära kommer att kunna undkomma sitt inflytande, inte ens ljuset.

Det är därför svarta hål kan svälja allt som faller i dem. Tvärtom, ingenting kunde komma in i ett vitt hål, allt skulle avvisas eller avvisas från det.

Är existensen av ett sådant objekt möjligt? När allt kommer omkring, svarta hål kvarstod under lång tid som en matematisk lösning på Einsteins fältekvationer, tills de upptäcktes tack vare gravitations- och strålningseffekterna de orsakar i sin omgivning och nyligen fotograferades.

Däremot är de vita hålen fortfarande dolda för kosmologer, om de verkligen existerar.

Historien om dess upptäckt

Teorin om förekomsten av vita hål startade från verk av Karl Schwarzschild (1873-1916), en tysk fysiker och den första som hittade en exakt lösning på Albert Einsteins relativistiska fältekvationer.

För att göra detta utvecklade han en modell med sfärisk symmetri vars lösningar har singulariteter, som exakt är svarta hål och deras vita motsvarigheter.

Schwarzschilds verk var inte exakt populärt, kanske efter att ha publicerats under första världskriget. Det tog några år för två fysiker att ta upp det självständigt på 1960-talet.

1965 analyserade matematikerna Igor Novikov och Yuval Ne'eman Schwarzschild-lösningarna, men med ett annat koordinatsystem.

Vid den tiden hade termen vitt hål ännu inte myntats. Faktum är att de var kända som "lagging kärnor" och ansågs instabila.

Men som motsvarighet till svarta hål, försökte forskarna hitta ett fysiskt föremål vars natur var förenlig med det som förutses för vita hål.

Kvasarer och vita hål

Forskarna trodde att de fann det i kvasarer, de ljusaste föremålen i universum. Dessa avger ett intensivt flöde av strålning som detekteras av radioteleskop, precis som ett vitt hål borde.

Emellertid fick energin från kvasarer så småningom en mer genomförbar förklaring, relaterad till svarta hål i centrum av galaxerna. Och de vita hålen var återigen som abstrakta matematiska enheter.

Så även om de är kända har vita hål fått mycket mindre uppmärksamhet än svarta hål. Detta beror inte bara på det faktum att de tros vara instabila, vilket sätter deras faktiska existens i tvivel, utan också för att det inte finns någon rimlig hypotes om deras möjliga ursprung.

Däremot uppstår svarta hål från stjärnornas gravitationskollaps, ett fysiskt fenomen som har dokumenterats väl.

Möjligt att hitta ett vitt hål

Forskare är övertygade om att de äntligen har upptäckt ett vitt hål i ett fenomen som heter GRB 060614, som inträffade 2006. Detta fenomen har föreslagits som det första dokumenterade utseendet på ett vitt hål.

GRB 060614 var en gammastrålning som upptäcktes av Neil Gehrels 'Swift Observatory den 14 juni 2006 med speciella egenskaper. Det utmanade ett tidigare hållet vetenskapligt samförstånd om ursprunget till gammastrålningsbrott och svarta hål.

Big Bang, som vissa tror var ett supermassivt vitt hål, kan i sin tur ha varit resultatet av ett supermassivt svart hål, i hjärtat av en okänd galax som ligger i vårt moderuniversum.

En av svårigheterna med att observera ett vitt hål är att all materia förvisas från det med en enda puls. Så det vita hålet saknar den nödvändiga kontinuiteten för att observeras, medan svarta hål har tillräckligt med uthållighet för att ses.

Teori

Einstein postulerar att massa, tid och längd är nära beroende av hastigheten för referensramen i vilken de mäts.

Dessutom betraktas tiden som ytterligare en variabel, med samma betydelse som de rumsliga variablerna. Således talas rymdtid som en enhet där varje händelse och alla händelser äger rum.

Materia interagerar med tyget i tid och ändrar det. Einstein beskriver hur detta händer med en uppsättning av 10 tensorekvationer, kända som fältekvationerna.

Några viktiga begrepp i relativitetsteorin

Tensorer är matematiska enheter som gör det möjligt att betrakta den temporära variabeln på samma nivå som de rumsliga variablerna. De välkända vektorerna som kraft, hastighet och acceleration är en del av denna utvidgade uppsättning matematiska enheter.

Den matematiska aspekten av Einsteins ekvationer involverar också begrepp som metriska, som är avståndet i både rymden och tiden som skiljer två oändligt stängda händelser.

Två punkter i rymden är en del av en kurva som kallas en geodesik. Dessa punkter är förenade ett rymd-tidsavstånd. En sådan representation av rymdtid observeras i följande figur:

Konens form bestäms av ljusets hastighet c, som är en konstant i alla referensramar. Alla evenemang måste äga rum inom kottarna. Om det finns händelser utanför dem finns det inget sätt att veta, eftersom information borde resa snabbare än ljus för att uppfattas.

Einsteins fältekvationer medger en lösning med två singulariteter i en tom region (det vill säga utan massa). En av dessa singulariteter är ett svart hål och det andra ett vitt hål. För båda finns en händelseshorisont, som är en sfärisk gräns med begränsad radie som omger singulariteten.

När det gäller svarta hål kan ingenting, inte ens ljus, komma ut ur denna region. Och i vita hål är händelseshorisonten en barriär som ingenting kan tränga in från utsidan. Svarthålslösningen i vakuum är i framtidens ljuskotte, medan lösningen med vita hål befinner sig i ljuskottens tidigare område.

Lösningarna av Einsteins ekvationer som inkluderar ett riktigt svart hål kräver närvaro av materia, och i detta fall försvinner lösningen som innehåller det vita hålet. Därför dras slutsatsen att som matematisk lösning, i teorin om singulära lösningar utan materia, finns vita hål. Men detta är inte fallet när materia ingår i Einsteins ekvationer.

Hur bildas ett vitt hål?

2014 föreslog teoretisk fysiker Carlo Rovelli och hans team vid universitetet i Aix-Marseille i Frankrike att vita hål kan uppstå från döden av ett svart hål.

Redan på 1970-talet beräknade den ledande experten på svarta hål, Stephen Hawking, att ett svart hål tappar massa genom utsläpp av Hawking-strålning.

Beräkningar av Rovelli och hans team indikerar att en sådan strålningsförlustkontraktion från ett svart hål i sitt sista skede kan ge ett studs som skapar ett vitt hål.

Men Rovellis beräkningar indikerar också att när det gäller ett svart hål med en massa som är lika med solens, skulle det ta ungefär en fyrdubbla gånger universums nuvarande ålder för att bilda ett vitt hål.

Vita hål och mörk materia

En sekund efter Big Bang kunde fluktuationer i densitet i ett snabbt expanderande universum producera ursprungliga svarta hål (utan behov av stellar kollaps).

Dessa ursprungliga svarta hål är många, många mindre än de med stellar ursprung och kan avdunsta tills de dör för att ge plats för ett vitt hål i en tid som ingår i universums liv.

Mikroskopiska vita hål kan vara mycket massiva. Till exempel kan en storleken på ett dammkorn ha en större massa än månen.

Rovellis team föreslår till och med att dessa mikroskopiska vita hål kan förklara mörk materia, ett annat av de viktigaste kosmologiska mysterierna.

Mikroskopiska vita hål skulle inte avge strålning; och eftersom de är mindre än en våglängd visar de sig vara osynliga. Detta kan vara en annan anledning som kan förklara varför de ännu inte har upptäckts.

referenser

1. Battersby, S. 2010. Eviga svarta hål är den ultimata kosmiska kassaskåpet. Återställd från: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Vita hål kan vara den hemliga ingrediensen i mystisk mörk materia. Återställd från: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Vad är vita hål? Återställd från: phys.org.
4. Mästare, Karen. 2015. Vad är ett vitt hål? Återställdes från nyfiken.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Vitt hål. Återställd från: wikiwand.com