- Különbségek a fekete és a fehér lyukak között
- A felfedezés története
- Kvazárok és fehér lyukak
- A fehér lyuk lehetséges megtalálása
- Elmélet
- Néhány fontos fogalom a relativitáselméletben
- Hogyan alakul ki egy fehér lyuk?
- Fehér lyukak és sötét anyag
- Irodalom
A fehér lyuk a tér-idő szingularitása, amely az általános relativitáselméleti egyenletek pontos megoldásaihoz tartozik. Ezeknek a szingularitásoknak van az úgynevezett eseményhorizontja. Ez azt jelenti, hogy van egy akadály, amely egy fehér lyukban semmi nem tud behatolni kívülről. Elméletileg a fehér lyuk a múltra jellemző szingularitás.
Jelenleg senki sem tudott megfigyelni. De valószínű, hogy a legkülönlegesebbé tartozunk létünkkel: a 13,8 milliárd évvel ezelőtti Nagyrobbanást szupermasszív fehér lyuk által okozott eseménynek lehet tekinteni.
Egy olyan nagy tömeg, mint egy bolygó, elvonhatja a tér-időt. Forrás: Mysid
Az általános relativitáselmélet szerint a tér-idő deformálódhat a gyorsulás hatására vagy hatalmas tárgyak jelenléte révén. Ugyanez az elmélet jósolta meg a fekete lyukak létezését, amelyeknek a fehér lyukak lennének a párja. Ezért ezek meglétét ugyanolyan lehetségesnek tekintik.
A tér-idő szingularitás kialakításához valamilyen fizikai mechanizmusra van szükség. A fekete lyukak esetében ismert ok a szupermasszív csillag gravitációs összeomlása.
De a fizikai mechanizmus, amely fehér lyuk-szerű szingularitást képezhet, még nem ismert. Bár a jelöltek minden bizonnyal megjelentek, hogy megmagyarázzák lehetséges képzettségüket, amint azt hamarosan látni fogjuk.
Különbségek a fekete és a fehér lyukak között
Az ismert fekete lyukak egy szuper-csillag maradványa, amely belső összeomlást szenvedett.
Amikor ez megtörténik, a gravitációs erők olyan mértékben növekednek, hogy semmi, ami közel kerül, nem képes elkerülni befolyását, még a fény sem.
Ezért képesek a fekete lyukak mindent lenyelni, ami beleesik. Éppen ellenkezőleg, semmi sem léphet be a fehér lyukba, mindent elutasítanak, vagy megriasztanak belőle.
Lehetséges egy ilyen tárgy létezése? Végül is, a fekete lyukak sokáig matematikai megoldásként maradtak Einstein terep egyenleteiben, mindaddig, amíg fel nem fedezték őket a környezetükben fellépő gravitációs és sugárzási hatásoknak köszönhetően, és nemrégiben fényképezték őket.
Ezzel szemben a fehér lyukakat még mindig rejtik el a kozmológusok, ha valóban léteznek.
A felfedezés története
A fehér lyukak létezésének elmélete Karl Schwarzschild (1873-1916) német fizikus munkájából indult, aki elsőként talált pontos megoldást Albert Einstein relativista terep egyenleteire.
Ehhez kifejlesztett egy gömbszimmetriájú modellt, amelynek megoldásai szingularitásokkal rendelkeznek, pontosan a fekete lyukak és a fehér párjuk.
Schwarzschild munkája nem volt pontosan népszerű, valószínűleg az első világháború alatt tették közzé. Néhány évbe telt, mire két fizikus önállóan felvette az 1960-as években.
1965-ben matematikusok, Igor Novikov és Yuval Ne'eman elemezték a Schwarzschild-megoldásokat, de más koordinátarendszert használva.
Abban az időben a fehér lyuk kifejezés még nem került kifejlesztésre. Valójában "lemaradó magokként" ismertek, és instabilnak tekintették.
Mivel azonban a fekete lyukak ellentéte volt, a kutatók fizikai tárgyat próbáltak megtalálni, amelynek jellege összeegyeztethető a fehér lyukakra előrejelzett természettel.
Kvazárok és fehér lyukak
A kutatók azt hitték, hogy kvazárokban, az univerzum legfényesebb tárgyaiban találták meg. Ezek intenzív sugárzási fluxust bocsátanak ki, amelyet a rádiótávcsövekkel detektálhatnak, csakúgy, mint egy fehér lyuknak.
A kvazárok energiáját azonban végül megvalósíthatóbb magyarázattal kapta, a galaxisok középpontjában lévő fekete lyukakkal kapcsolatban. És így a fehér lyukak ismét elvont matematikai entitások voltak.
Tehát, bár ismertek, a fehér lyukakra sokkal kevesebb figyelmet fordítanak, mint a fekete lyukakra. Ez nemcsak annak a ténynek a következménye, hogy feltételezhetően instabil, ami kétségbe vonja a valós létezésüket, hanem azért is, mert nincs lehetséges hipotézisük esetleges eredetükre vonatkozóan.
Ezzel szemben a fekete lyukak a csillagok gravitációs összeomlásából származnak - ez egy fizikai jelenség, amelyet jól dokumentáltak.
A fehér lyuk lehetséges megtalálása
A kutatók meg vannak győződve arról, hogy végül észleltek egy fehér lyukat egy GRB 060614 nevű jelenségben, amely 2006-ban fordult elő. Ezt a jelenséget javasolták a fehér lyuk első dokumentált megjelenésének.
A GRB 060614 egy gamma-sugárcsillapítás volt, amelyet Neil Gehrels Swift Obszervatóriuma detektált 2006. június 14-én, sajátos tulajdonságokkal. Ez vitatta a korábban tartott tudományos konszenzust a gamma-sugárzás és a fekete lyukak eredetéről.
A Nagyrobbanás, amely egyesek szerint egy szupermasszív fehér lyuk volt, ez valószínűleg egy szupermasszív fekete lyuk eredménye volt, egy szülő univerzumunkban található ismeretlen galaxis szívében.
A fehér lyuk megfigyelésének egyik nehézsége az, hogy az összes anyag egyetlen impulzus alatt kiürül belőle. Tehát a fehér lyukban nincs a szükséges folytonosság, amit meg kell tartani, míg a fekete lyukaknak elegendő a kitartása, hogy észrevegyék őket.
Elmélet
Einstein azt állítja, hogy a tömeg, az idő és a hosszúság szorosan függ annak a referenciakeretnek a sebességétől, amelyben megmérik.
Ezenkívül az időt egy további változónak tekintik, ugyanolyan jelentőséggel, mint a térbeli változók. Így a téridőről olyan entitásként beszélünk, amelyben minden esemény és esemény zajlik.
Az anyag kölcsönhatásba lép a tér-idő szövetével és módosítja azt. Einstein leírja, hogyan történik ez a 10 tenzor egyenlet halmazával, az úgynevezett mezőegyenletekkel.
Néhány fontos fogalom a relativitáselméletben
A tenzorok matematikai entitások, amelyek lehetővé teszik az időbeli változónak a térbeli változókkal azonos szintű figyelembe vételét. A jól ismert vektorok, mint például erő, sebesség és gyorsulás, részét képezik ennek a kibővített matematikai entitásnak.
Einstein egyenleteinek matematikai aspektusa olyan fogalmakat is magában foglal, mint a metrika, amely a térben és az időben egyaránt távolság, amely elválasztja a két végtelenül minimálisan közeli eseményt.
Az űridő két pontja egy geodézikus görbe részét képezi. Ezeket a pontokat egyesíti a tér-idő távolság. A tér-idő ilyen ábrázolását a következő ábra szemlélteti:
A kúp alakját a c fénysebesség határozza meg, amely állandó minden referenciakeretben. Minden eseménynek a kúpokon belül kell zajlania. Ha vannak események rajtuk kívül, akkor nem lehet megismerni, mert az információnak gyorsabban kell utaznia, mint a fénynek, hogy észlelhető legyen.
Einstein terep egyenletei elfogadják a két szingularitásos megoldást egy üres régióban (vagyis tömeg nélkül). Az egyik szingularitás egy fekete lyuk, a másik egy fehér lyuk. Mindkét esetben van egy eseményhorizont, amely a véges sugár gömb alakú határa, amely körülveszi a szingularitást.
A fekete lyukak esetében semmi, még a fény sem tud kijutni ebből a régióból. És a fehér lyukakban az eseményhorizont olyan akadály, amelyen kívül semmi sem tud behatolni. A fekete lyukú oldat vákuumban a jövő fénykúpjában található, míg a fehér lyuk megoldása a fénykúp múltjában található.
Einstein egyenletének olyan megoldásai, amelyek valódi fekete lyukat tartalmaznak, anyag jelenlétét igénylik, és ebben az esetben a fehér lyukot tartalmazó megoldás eltűnik. Ezért arra a következtetésre jutottunk, hogy matematikai megoldásként az anyag nélküli szinguláris megoldások elméletében léteznek fehér lyukak. De ez nem az a helyzet, amikor az anyagot belefoglalják Einstein egyenletei.
Hogyan alakul ki egy fehér lyuk?
2014-ben Carlo Rovelli elméleti fizikus és csapata az Aix-Marseille-i Egyetemen franciául azt javasolta, hogy a fekete lyukak halálából fehér lyukak keletkezhetnek.
Már a 1970-es években, a fekete lyukakkal foglalkozó vezető szakértő, Stephen Hawking kiszámította, hogy egy fekete lyuk elveszíti a tömegét a Hawking sugárzás kibocsátása révén.
Rovelli és csapata számításai azt mutatják, hogy egy fekete lyuk ilyen sugárzási veszteségének összehúzódása a végső szakaszában visszapattanást eredményezhet, amely fehér lyukat hoz létre.
De Rovelli számításai azt is jelzik, hogy egy fekete lyuk esetében, amelynek tömege megegyezik a Nap tömegével, egy fehér lyuk kialakításához az Univerzum jelenlegi kora körülbelül négyszeres szorzata lenne szükséges.
Fehér lyukak és sötét anyag
Egy másodperccel a nagy robbanás után a sűrűségi ingadozások egy gyorsan növekvő univerzumban képesek voltak elsődleges fekete lyukakat létrehozni (csillagok összeomlása nélkül).
Ezek az elsődleges fekete lyukak sokkal, sokkal kisebbek, mint a csillag eredetűek, és addig elpárologhatnak, amíg meg nem halnak, hogy egy fehér lyuk felé váljanak az univerzum életének idején.
A mikroszkopikus fehér lyukak nagyon hatalmasak lehetnek. Például egy por szemcseméretének nagyobb tömege lehet, mint a Hold.
Rovelli csapata azt is felveti, hogy ezek a mikroszkopikus fehér lyukak megmagyarázhatják a sötét anyagot, amely egy másik legfontosabb kozmológiai misztérium.
A mikroszkopikus fehér lyukak nem bocsátanak ki sugárzást; és mivel kisebbek, mint egy hullámhossz, láthatatlanná válnak. Ez lehet egy másik ok, amely magyarázza, hogy miért nem fedezték fel őket még.
Irodalom
- Battersby, S. 2010. Az örök fekete lyukak a tökéletes kozmikus biztonság. Helyreállítva: newscientist.com.
- Choi, C. 2018. A fehér lyukak lehetnek a titokzatos sötét anyag titkos összetevői. Helyreállítva: space.com.
- Fraser, C. 2015. Mik a fehér lyukak ?. Helyreállítva: fiz.org.
- Mesterek, Karen. 2015. Mi a fehér lyuk ?. Helyreállítva a curious.astro.cornell.edu webhelyről
- Wikiwand. Fehér lyuk. Helyreállítva: wikiwand.com