BELA LUKNJA: ZGODOVINA, TEORIJA IN KAKO SE OBLIKUJE - FIZIČNO - 2025

Bela luknja je singularnost vesolja - čas, ki pripada natančne rešitve enačb splošne relativnosti. Te posebnosti imajo tako imenovano obzorje dogodkov. To pomeni prisotnost pregrade, ki v beli luknji nič ne more prodreti od zunaj. Teoretično je bela luknja posebnost, ki sega v preteklost.

Trenutno je nihče ni mogel opazovati. Možno pa je, da svoj obstoj dolgujemo najbolj posebnemu od vseh: Big Bang pred 13,8 milijarde let je mogoče obravnavati kot dogodek, ki ga povzroči supermasivna bela luknja.

Velika masa, kot je planet, lahko prepleta prostor-čas. Vir: Mysid

Teorija splošne relativnosti meni, da se prostor-čas lahko deformira zaradi učinka pospeška ali zaradi prisotnosti masivnih predmetov. Ista teorija je napovedovala obstoj črnih lukenj, od katerih bi bile proti njim bele luknje. Zato se obstoj le-teh šteje za enako mogoč.

Zdaj je za oblikovanje prostorsko-časovne posebnosti potreben nekaj fizičnega mehanizma. V primeru črnih lukenj je vzrok gravitacijski zlom supermasivne zvezde.

Toda fizični mehanizem, ki bi lahko tvoril posebnost v beli luknji, še ni znan. Čeprav so se kandidati zagotovo pojavili, da pojasnijo svoje možno usposabljanje, bo vidno v kratkem.

Razlike med črnimi in belimi luknjami

Mnoge od znanih črnih lukenj so ostanek nadvišene zvezde, ki je doživela notranji zlom.

Ko se to zgodi, se gravitacijske sile povečajo do te mere, da ničesar, kar se približa, ne more ubežati njihovemu vplivu, niti svetlobe.

Zato so črne luknje sposobne pogoltniti vse, kar sodi vanje. Nasprotno, nič ne bi moglo vstopiti v belo luknjo, vse bi iz nje zavrgli ali zavrnili.

Ali je obstoj takega predmeta mogoč? Navsezadnje so črne luknje dolgo časa ostajale matematična rešitev Einsteinovih poljskih enačb, dokler niso bile odkrite zahvaljujoč gravitacijskim in sevalnim vplivom, ki jih povzročajo v njihovi okolici, in pred kratkim fotografirane.

V nasprotju s tem so bele luknje še vedno skrite pred kozmologi, če resnično obstajajo.

Zgodovina njenega odkritja

Teorija o obstoju belih lukenj je izhajala iz del Karla Schwarzschilda (1873-1916), nemškega fizika in prvega, ki je našel natančno rešitev relativističnih enačb polja Alberta Einsteina.

Da bi to naredil, je razvil model s sferično simetrijo, katere rešitve imajo posebnosti, to so natančno črne luknje in njihove bele protipostavke.

Schwarzschildova dela niso bila ravno priljubljena, morda so bila objavljena med prvo svetovno vojno. Kar nekaj let je trajalo, da sta se dva fizika v šestdesetih letih samostojno lotila.

Matematika Igor Novikov in Yuval Ne'eman sta leta 1965 analizirala Schwarzschildove rešitve, vendar z drugačnim koordinatnim sistemom.

Takrat izraz bela luknja še ni bil skovan. V resnici so bili znani kot "zaostajajoča jedra" in so veljali za nestabilne.

Kljub temu pa so raziskovalci skušali najti fizični objekt, katerega narava je združljiva s tistimi, ki so jih predvidevali za bele luknje.

Kvazarji in bele luknje

Raziskovalci so verjeli, da so ga našli v kvazarjih, najsvetlejših predmetih v vesolju. Ti oddajajo močan pretok sevanja, ki ga zaznajo radijski teleskopi, tako kot bi morala bela luknja.

Vendar je energija kvazarjev na koncu dobila bolj izvedljivo razlago, povezano s črnimi luknjami v središču galaksij. In tako so bile bele luknje spet kot abstraktne matematične entitete.

Čeprav so znane, so bele luknje deležne veliko manj pozornosti kot črne. To je posledica ne le dejstva, da se verjame, da so nestabilni, kar dvomi o njihovem dejanskem obstoju, ampak tudi zato, ker ni utemeljenih hipotez o njihovem možnem izvoru.

V nasprotju s tem nastanejo črne luknje zaradi gravitacijskega kolapsa zvezd, fizičnega pojava, ki je bil dobro dokumentiran.

Možna najdba bele luknje

Raziskovalci so prepričani, da so končno odkrili belo luknjo v pojavu z imenom GRB 060614, ki se je zgodil leta 2006. Ta pojav je predlagan kot prvi dokumentirani videz bele luknje.

GRB 060614 je bil razpok gama žarkov, ki ga je 14. junija 2006 odkril Nevid Gehrels 'observatorij s posebnimi lastnostmi. Izzval je že obstoječe znanstveno soglasje o izvorih razpokov gama in črnih lukenj.

Big Bang, za katerega nekateri verjamejo, da je bila supermasivna bela luknja, je bil morda posledica supermasivne črne luknje, v središču neznane galaksije, ki se nahaja v našem matičnem vesolju.

Ena od težav pri opazovanju bele luknje je, da je vsa materija iz nje izgnana v enem samem impulzu. Tako bela luknja nima potrebne kontinuitete, ki jo je treba opazovati, medtem ko imajo črne luknje dovolj vztrajnosti, da jih je mogoče opaziti.

Teorija

Einstein postulira, da so masa, čas in dolžina tesno odvisni od hitrosti referenčnega okvira, v katerem se merijo.

Poleg tega se čas šteje za še eno spremenljivko, ki ima enak pomen kot prostorske spremenljivke. Tako se o prostoru in času govori kot o entiteti, v kateri se odvijajo kateri koli dogodek in vsi dogodki.

Materija posega v tkanino vesolja in časa in jo spreminja. Einstein opisuje, kako se to dogaja z naborom 10 tenzorskih enačb, znanimi kot enačbe polja.

Nekateri pomembni pojmi v teoriji relativnosti

Tenzorji so matematične enote, ki omogočajo, da se časovna spremenljivka obravnava na isti ravni kot prostorske spremenljivke. Znani vektorji, kot so sila, hitrost in pospeški, so del tega razširjenega nabora matematičnih entitet.

Matematični vidik Einsteinovih enačb vključuje tudi koncepte, kot je metrika, ki je razdalja v prostoru in času, ki ločujeta dva neskončno tesna dogodka.

Dve točki v vesolju sta del krivulje, imenovane geodezika. Te točke so združene medprostorno in časovno razdaljo. Takšno predstavitev prostora in časa opazimo na naslednji sliki:

Oblika stožca je določena s hitrostjo svetlobe c, ki je stalnica v vseh referenčnih okvirih. Vsi dogodki se morajo odvijati znotraj stožcev. Če so zunaj njih dogodki, ni načina vedeti, ker bi informacije morale potuti hitreje kot svetloba, da bi jih zaznali.

Einsteinove poljske enačbe priznavajo rešitev z dvema posebnostima v praznem območju (torej brez mase). Ena izmed teh posebnosti je črna luknja, druga pa bela. Za oba obstaja obzorje dogodkov, ki je sferična meja končnega polmera, ki obdaja singularnost.

V primeru črnih lukenj iz tega območja ne more uiti nič, niti svetloba. In v belih luknjah je obzorje dogodkov ovira, da od zunaj nič ne more prodreti. Raztopina črne luknje v vakuumu je v svetlobnem stožcu prihodnosti, medtem ko je raztopina bele luknje v preteklem območju svetlobnega stožca.

Rešitve Einsteinovih enačb, ki vključujejo resnično črno luknjo, zahtevajo prisotnost materije in v tem primeru rešitev, ki vsebuje belo luknjo, izgine. Zato je sklenjeno, da kot matematična rešitev v teoriji singularnih rešitev brez materije obstajajo bele luknje. A to ne gre, ko je zadeva vključena v Einsteinove enačbe.

Kako nastane bela luknja?

Leta 2014 je teoretični fizik Carlo Rovelli in njegova ekipa z univerze v Aix-Marseilleu v Franciji predlagal, da bi lahko nastale bele luknje zaradi smrti črne luknje.

Že v 70. letih prejšnjega stoletja je vodilni strokovnjak za črne luknje, Stephen Hawking, izračunal, da črna luknja izgublja maso zaradi emisije Hawkingovega sevanja.

Izračuni Rovellija in njegove ekipe kažejo, da bi takšno krčenje izgube zaradi sevanja iz črne luknje lahko v končni fazi povzročilo odskok, ki ustvari belo luknjo.

Toda Rovellijevi izračuni kažejo tudi, da bi v primeru črne luknje z maso, ki je enaka masi Sonca, potrebovali približno štiri milijarde krat večjo sedanjo dobo vesolja, da bi nastali bela luknja.

Bele luknje in temna snov

Že sekundo po velikem udaru so nihanja gostote v hitro rastočem vesolju lahko ustvarila prvotne črne luknje (brez potrebe po zvezdah).

Te prvotne črne luknje so številne, veliko manjše od zvezdastega izvora in lahko izhlapijo, dokler ne umrejo, da bi v času vesolja, ki je vključeno v življenje vesolja, ustopile v belo luknjo.

Mikroskopske bele luknje so lahko zelo masivne. Na primer, ena velikost zrn prahu ima lahko večjo maso kot Luna.

Rovellijeva ekipa celo predlaga, da lahko te mikroskopske bele luknje razložijo temno snov, še eno najpomembnejših kozmoloških skrivnosti.

Mikroskopske bele luknje ne bi oddajale sevanja; in ker so manjše od ene valovne dolžine, se izkažejo za nevidne. To bi lahko bil še en razlog, ki bi razložil, zakaj jih še niso odkrili.

Reference

1. Battersby, S. 2010. Večne črne luknje so vrhunski kozmični sef. Pridobljeno: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Bele luknje so morda skrivna sestavina skrivnostne temne snovi. Pridobljeno: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Kaj so bele luknje ?. Pridobljeno: phys.org.
4. Masters, Karen. 2015. Kaj je bela luknja ?. Pridobljeno iz radovednega.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Bela luknja. Pridobljeno: wikiwand.com