VALKOINEN AUKKO: HISTORIA, TEORIA JA MITEN SE MUODOSTUU - FYYSINEN - 2026

Valkoinen aukko on singulariteetti tilaa - aika, joka kuuluu tarkka ratkaisuja yhtälöiden yleinen suhteellisuusteoria. Näillä yksilöllisyyksillä on niin kutsuttu tapahtumahorisontti. Tämä tarkoittaa esteen olemassaoloa, jota valkoiseen reikään mikään ei pääse tunkeutumaan ulkopuolelta. Teoreettisesti valkoinen reikä on menneisyyteen menevä singulaarisuus.

Tällä hetkellä kukaan ei ole pystynyt havaitsemaan mitään. Mutta on mahdollista, että olemme velkaa olemassaolomme kaikkein erikoisimmalle: 13,8 miljardia vuotta sitten tapahtunutta suurta räjähdystä voidaan pitää tapahtumana, jonka aiheuttaa supermassiivinen valkoinen reikä.

Suuri massa kuin planeetta voi vääntyä avaruus-aika. Lähde: Mysid

Yleisen suhteellisuusteorian teoria katsoo, että avaruus-aika voi muuttua kiihtyvyyden vaikutuksella tai massiivisten esineiden läsnäololla. Se on sama teoria, joka ennusti mustien reikien olemassaoloa, joista vastaavat olisivat valkoiset aukot. Siksi näiden olemassaolo katsotaan yhtä mahdolliseksi.

Nyt avaruus-aika-singulaarisuuden muodostamiseksi tarvitaan jokin fyysinen mekanismi. Mustajen reikien tapauksessa syyn tiedetään olevan supermassiivisen tähden painovoiman romahtaminen.

Mutta fyysistä mekanismia, joka voisi muodostaa valkoisen aukon kaltaisen singulaarisuuden, ei vielä tunneta. Vaikka ehdokkaita on varmasti ilmennyt selittämään mahdollista koulutustaan, kuten nähdään pian.

Erot mustien ja valkoisten reikien välillä

Monet tunnetuista mustista rei'istä ovat supermahtaatähteen jäännös, joka on kärsinyt sisäisestä romahduksesta.

Kun tämä tapahtuu, gravitaatiovoimat kasvavat siinä määrin, että mikään lähellä oleva ei pääse edes valoon, joka pääsee vaikutusvaltaansa.

Siksi mustat aukot pystyvät nielemään kaiken, mikä niihin kuuluu. Päinvastoin, mikään ei pääse valkoiseen reikään, kaikki hylätään tai hylätään siitä.

Onko tällaisen esineen olemassaolo mahdollista? Loppujen lopuksi mustat aukot pysyivät pitkään matemaattisena ratkaisuna Einsteinin kenttäyhtälöihin, kunnes ne havaittiin ympäristössä aiheuttamien painovoima- ja säteilyvaikutusten avulla, ja äskettäin valokuvattiin.

Sitä vastoin valkoiset aukot ovat edelleen piilossa kosmologeilta, jos niitä todella on.

Historia sen löytämisestä

Teoria valkoisten reikien olemassaolosta sai alkunsa saksalaisen fyysikon Karl Schwarzschildin (1873-1916) teoksista, jotka löysivät ensimmäisenä tarkan ratkaisun Albert Einsteinin relativistisiin kenttäyhtälöihin.

Tätä varten hän kehitti pallomaisen symmetrian mallin, jonka ratkaisuilla on ainutlaatuisuuksia, jotka ovat tarkalleen mustia aukkoja ja niiden valkoisia vastineita.

Schwarzschildin teos ei ollut tarkalleen suosittu, ehkä se oli julkaistu ensimmäisen maailmansodan aikana. Kesti muutama vuosi, kun kaksi fyysikkoa otti sen itsenäisesti käyttöön 1960-luvulla.

Vuonna 1965 matemaatikot Igor Novikov ja Yuval Ne'eman analysoivat Schwarzschild-ratkaisuja, mutta käyttämällä erilaista koordinaattijärjestelmää.

Tuolloin termiä valkoinen reikä ei ollut vielä keksitty. Itse asiassa niitä tunnettiin "jäljessä olevina ytiminä", ja niitä pidettiin epävakaina.

Ottaen kuitenkin mustien reikien vastineeksi tutkijat yrittivät löytää fyysisen esineen, jonka luonne oli yhteensopiva valkoisten reikien ennustetun kanssa.

Kvasaareja ja valkoisia reikiä

Tutkijat uskoivat löytäneensä sen kvasaareihin, maailmankaikkeuden kirkkaimpiin esineisiin. Ne lähettävät voimakasta säteilyvuota, joka voidaan havaita radioteleskoopeilla, kuten valkoisen aukon pitäisi.

Kvasaarien energialle kuitenkin annettiin lopulta toteutettavissa oleva selitys, joka liittyi galaksien keskellä oleviin mustiin reikiin. Ja niin valkoiset aukot olivat jälleen abstrakteja matemaattisia kokonaisuuksia.

Joten vaikka valkoiset aukot tunnetaankin, niihin on kiinnitetty paljon vähemmän huomiota kuin mustiin reikiin. Tämä johtuu paitsi siitä, että niiden uskotaan olevan epävakaita, mikä asettaa kyseenalaiseksi niiden todellisen olemassaolon, myös siksi, että heidän mahdollisesta alkuperästään ei ole kohtuullista hypoteesia.

Sitä vastoin mustia reikiä syntyy tähtien painovoiman romahtamisesta, fysikaalisesta ilmiöstä, joka on dokumentoitu hyvin.

Mahdollisen valkoisen aukon löytäminen

Tutkijat ovat vakuuttuneita siitä, että he ovat lopulta havainneet valkoisen aukon GRB 060614 -nimisessä ilmiössä, joka tapahtui vuonna 2006. Tätä ilmiötä on ehdotettu ensimmäisenä dokumentoiduna valkoisen aukon ilmestymisenä.

GRB 060614 oli gammasätepurske, jonka Neil Gehrelsin Swift-observatorio havaitsi 14. kesäkuuta 2006, jolla oli ominaisia ​​ominaisuuksia. Se haastoi aiemmin pidetyn tieteellisen yksimielisyyden gammasäteilypurskeiden ja mustien reikien alkuperästä.

Big Bang, jonka joidenkin mielestä oli supermassiivinen valkoinen reikä, voi puolestaan ​​olla seurausta supermassiivisesta mustasta reiästä, tuntemattoman galaksin ytimessä, joka sijaitsee vanhemmassa universumissamme.

Yksi vaikeuksista valkoisen aukon havainnoinnissa on, että kaikki aine poistetaan siitä yhdellä pulssilla. Joten valkoisesta reiästä puuttuu tarvittava jatkuvuus, jotta sitä voidaan noudattaa, kun taas mustilla reikillä on tarpeeksi pysyvyyttä nähdäkseen.

Teoria

Einstein postuloi, että massa, aika ja pituus ovat läheisesti riippuvaisia ​​vertailukehyksen nopeudesta, jossa ne mitataan.

Lisäksi aikaa pidetään yhtenä muuttujana, jolla on sama merkitys kuin tilamuuttujilla. Siten avaruus-ajasta puhutaan kokonaisuutena, jossa tapahtuu kaikki tapahtumat ja kaikki tapahtumat.

Aine on vuorovaikutuksessa avaruus-ajan kankaan kanssa ja modifioi sitä. Einstein kuvaa, kuinka tämä tapahtuu 10 tenoriyhtälöryhmällä, joka tunnetaan kenttäyhtälöinä.

Joitakin suhteellisuusteorian tärkeitä käsitteitä

Tenorit ovat matemaattisia kokonaisuuksia, joiden avulla ajallista muuttujaa voidaan pitää samalla tasolla kuin tilamuuttujia. Tunnetut vektorit, kuten voima, nopeus ja kiihtyvyys, ovat osa tätä laajennettua matemaattisten kokonaisuuksien joukkoa.

Einsteinin yhtälöiden matemaattinen osa sisältää myös käsitteitä, kuten metrin, joka on etäisyys sekä tilassa että ajassa, joka erottaa kaksi äärettömän lähellä olevaa tapahtumaa.

Kaksi pistettä avaruuden aikana ovat osa käyrää, jota kutsutaan geodeettiseksi. Näitä pisteitä yhdistää avaruus-aikaetäisyys. Tällainen avaruus-ajan esitys havaitaan seuraavassa kuvassa:

Kartion muoto määritetään valon nopeudella c, joka on vakio kaikissa viitekehyksissä. Kaikkien tapahtumien on tapahduttava kartioissa. Jos niiden ulkopuolella on tapahtumia, tietäminen ei ole mahdollista, koska tiedon pitäisi kulkea valoa nopeammin havaittavan saavuttamiseksi.

Einsteinin kenttäyhtälöt sallivat ratkaisun, jolla on kaksi singulaarisuutta tyhjällä alueella (eli ilman massaa). Yksi niistä erityispiirteistä on musta reikä ja toinen on valkoinen reikä. Molemmilla on tapahtumahorisontti, joka on äärellisen säteen pallomainen raja, joka ympäröi singulaarisuutta.

Mustien reikien tapauksessa mikään, ei edes valo, ei pääse ulos tästä alueesta. Ja valkoisissa reikissä tapahtumahorisontti on este, jota mikään ei pääse tunkeutumaan ulkopuolelta. Musta reikäratkaisu tyhjiössä on tulevaisuuden valokartiossa, kun taas valkoisen aukon ratkaisu on valokartion aikaisemmalla alueella.

Einsteinin yhtälöiden ratkaisut, jotka sisältävät todellisen mustan aukon, vaativat aineen läsnäolon, ja tässä tapauksessa ratkaisu, joka sisältää valkoisen aukon, häviää. Siksi päätellään, että matemaattisina ratkaisuina, yksikköratkaisujen teoriassa ilman ainetta, on olemassa valkoisia reikiä. Mutta tämä ei ole tilanne, kun aine sisältyy Einsteinin yhtälöihin.

Kuinka valkoinen reikä muodostuu?

Vuonna 2014 teoreettinen fyysikko Carlo Rovelli ja hänen ryhmänsä Aix-Marseillen yliopistossa Ranskassa ehdottivat, että mustan aukon kuolemasta voi syntyä valkoisia reikiä.

Jo 1970-luvulla mustien reikien johtava asiantuntija Stephen Hawking laski, että musta reikä menettää massaa Hawkingin säteilyn päästöjen kautta.

Rovellin ja hänen tiiminsä suorittamat laskelmat osoittavat, että tällainen mustan aukon säteilyhäviöiden supistuminen voisi viimeisessä vaiheessaan tuottaa pomppumisen, joka luo valkoisen aukon.

Mutta Rovellin laskelmat osoittavat myös, että jos kyseessä on musta reikä, jonka massa on yhtä suuri kuin aurinko, valkoisen aukon muodostamiseen kuluu noin nelinkertainen kerta maailmankaikkeuden nykyisestä ikästä.

Valkoiset aukot ja tumma aine

Sekunnin ison iskun jälkeen tiheyden vaihtelut nopeasti kasvavassa maailmankaikkeudessa pystyivät tuottamaan ensisijaisia ​​mustia reikiä (ilman tähtien romahtamista).

Nämä alkukantaiset mustat aukot ovat monia, monia pienempiä kuin tähtien alkuperää olevat ja voivat haihtua, kunnes ne kuolevat antautuakseen valkoiselle reikälle maailmankaikkeuden elämän aikaan.

Mikroskooppiset valkoiset reiät voivat olla hyvin massiivisia. Esimerkiksi pölyjyväkokolla voi olla suurempi massa kuin Kuulla.

Rovellin joukkue ehdottaa jopa, että nämä mikroskooppiset valkoiset aukot voivat selittää tumman aineen, joka on toinen tärkeimmistä kosmologisista mysteereistä.

Mikroskooppiset valkoiset aukot eivät säteile säteilyä; ja koska ne ovat pienempiä kuin yksi aallonpituus, ne osoittautuvat näkymättömiksi. Tämä voisi olla toinen syy, joka selittää miksi niitä ei ole vielä havaittu.

Viitteet

1. Battersby, S. 2010. Iankaikkiset mustat aukot ovat äärimmäinen kosminen turvallisuus. Palautettu osoitteesta newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Valkoiset reiät voivat olla salaperäisen pimeän aineen salainen aineosa. Palautettu sivustolta: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Mitkä ovat valkoiset aukot ?. Palautettu osoitteesta: phys.org.
4. Mestarit, Karen. 2015. Mikä on valkoinen reikä ?. Palautettu uteliasta.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Valkoinen reikä. Palautettu osoitteesta: wikiwand.com