BALTAIS CAURUMS: VĒSTURE, TEORIJA UN KĀ TĀ VEIDOJAS - FIZISKĀ - 2025

Baltais caurums ir singularitāte kosmosa - laiks, kas pieder precīzu risinājumiem vienādojumi vispārējās relativitātes. Šīm īpatnībām ir tas, ko sauc par notikumu horizontu. Tas nozīmē barjeras klātbūtni, kas baltajā caurumā no ārpuses nekas nevar iekļūt. Teorētiski baltais caurums ir tā īpatnība, kas nonāk pagātnē.

Pagaidām nevienu nav bijis iespējams novērot. Bet ir iespējams, ka mēs esam parādā savu īpašo no visiem īpašākajiem: Lielo sprādzienu pirms 13,8 miljardiem gadu var uzskatīt par notikumu, ko izraisījis supermasīvs baltais caurums.

Liela masa, piemēram, planēta, var deformēt telpas laiku. Avots: Mysid

Vispārējās relativitātes teorija uzskata, ka telpas laiku var deformēt paātrinājuma ietekme vai masīvu priekšmetu klātbūtne. Tā ir tā pati teorija, kas paredzēja melno caurumu esamību, no kuriem baltie caurumi būtu līdzvērtīgi. Tādēļ to esamība tiek uzskatīta par vienlīdz iespējamu.

Lai izveidotu telpas-laika singularitāti, ir nepieciešams kāds fizisks mehānisms. Melno caurumu gadījumā ir zināms, ka cēlonis ir supermasīvas zvaigznes gravitācijas sabrukums.

Bet fiziskais mehānisms, kas varētu veidot baltajam caurumam raksturīgo singularitāti, vēl nav zināms. Lai gan kandidāti noteikti ir parādījušies, lai izskaidrotu viņu iespējamo apmācību, kā tas būs redzams drīz.

Atšķirības starp melnajiem un baltajiem caurumiem

Daudzi no zināmajiem melnajiem caurumiem ir supergānu zvaigznes paliekas, kas pārcietuši iekšēju sabrukumu.

Kad tas notiek, gravitācijas spēki palielinās līdz tādam līmenim, ka nekas, kas pietuvojas, nespēs izvairīties no savas ietekmes, pat ne gaismas.

Tāpēc melnie caurumi spēj norīt visu, kas tajos iekrīt. Gluži pretēji, nekas nevarētu iekļūt baltajā caurumā, viss tiktu noraidīts vai atgrūsts no tā.

Vai šāda objekta esamība ir iespējama? Galu galā melnie caurumi ilgu laiku palika kā matemātisks Einšteina lauka vienādojumu risinājums, līdz tie tika atklāti, pateicoties gravitācijas un starojuma iedarbībai, ko tie rada apkārtnē, un nesen tika fotografēti.

Turpretī baltie caurumi joprojām ir paslēpti no kosmologiem, ja tie patiešām pastāv.

Tās atklāšanas vēsture

Balto caurumu esamības teorija sākās no Kārļa Švarcšilda (1873–1916), vācu fiziķa, kurš pirmais atrada precīzu Alberta Einšteina relativistiskā lauka vienādojumu risinājumu.

Lai to izdarītu, viņš izstrādāja modeli ar sfērisku simetriju, kura risinājumiem ir īpatnības, kas ir precīzi melnie caurumi un to baltie kolēģi.

Švarcšilda darbs nebija precīzi populārs, iespējams, tas tika publicēts Pirmā pasaules kara laikā. Pagāja daži gadi, līdz divi fiziķi to patstāvīgi pārņēma 60. gados.

1965. gadā matemātiķi Igors Novikovs un Yuval Ne'eman analizēja Schwarzschild risinājumus, bet izmantojot atšķirīgu koordinātu sistēmu.

Tajā laikā termins baltais caurums vēl nebija izveidots. Patiesībā tie bija pazīstami kā "atpalikušie kodoli" un tika uzskatīti par nestabiliem.

Tomēr, būdami melno caurumu ekvivalenti, pētnieki centās atrast fizisku priekšmetu, kura daba bija saderīga ar to, kas tika prognozēts baltajiem caurumiem.

Kvazāri un baltie caurumi

Pētnieki uzskatīja, ka viņi to atraduši kvazāros, Visuma spilgtākajos objektos. Tie izstaro intensīvu radiācijas plūsmu, ko var noteikt ar radioteleskopiem, tāpat kā vajadzētu radīt balto caurumu.

Tomēr kvazāru enerģijai galu galā tika sniegts reālāks skaidrojums, kas saistīts ar melnajiem caurumiem galaktiku centrā. Un tātad baltie caurumi atkal bija abstraktas matemātiskas vienības.

Tāpēc, kaut arī tie ir zināmi, baltajiem caurumiem ir pievērsta daudz mazāka uzmanība nekā melnajiem caurumiem. Tas ir saistīts ne tikai ar to, ka tiek uzskatīts, ka tie ir nestabili, kas apšauba viņu faktisko eksistenci, bet arī tāpēc, ka nav pamatotu hipotēžu par viņu iespējamo izcelsmi.

Turpretī melnie caurumi rodas no zvaigžņu gravitācijas sabrukšanas - fiziskas parādības, kas ir labi dokumentēta.

Iespējama baltā cauruma atrašana

Pētnieki ir pārliecināti, ka viņi beidzot ir atklājuši balto caurumu parādībā ar nosaukumu GRB 060614, kas notika 2006. gadā. Šī parādība ir ierosināta kā pirmais dokumentēts baltā cauruma parādīšanās.

GRB 060614 bija gamma staru pārrāvums, ko 2006. gada 14. jūnijā atklāja Neila Gehrela Swift observatorija un kam bija savdabīgas īpašības. Tas apstrīdēja iepriekš notikušo zinātnisko vienprātību par gamma staru pārrāvumu un melno caurumu izcelsmi.

Lielais sprādziens, kurš, pēc dažu uzskatiem, bija supermasīvs baltais caurums, savukārt, iespējams, bija supermasīva melnā cauruma rezultāts, kas atrodas nezināmas galaktikas centrā, kas atrodas mūsu vecāku Visumā.

Viena no grūtībām novērot balto caurumu ir tā, ka visa matērija no tā tiek izraidīta vienā pulsā. Tātad baltajam caurumam trūkst nepieciešamās nepārtrauktības, bet melnajiem caurumiem ir pietiekami daudz noturības, lai tos varētu redzēt.

Teorija

Einšteins postulē, ka masa, laiks un garums ir cieši atkarīgi no atsauces kadra ātruma, kurā tie tiek mērīti.

Turklāt laiku uzskata par vēl vienu mainīgo, kam ir tāda pati nozīme kā telpiskajiem mainīgajiem. Tādējādi par telpas laiku tiek runāts kā par entītiju, kurā notiek jebkurš notikums un visi notikumi.

Materiāls mijiedarbojas ar telpas-laika audumu un to modificē. Einšteins apraksta, kā tas notiek ar 10 tenso vienādojumu komplektu, kas pazīstams kā lauka vienādojums.

Daži svarīgi jēdzieni relativitātes teorijā

Tenzori ir matemātiskas vienības, kas ļauj temporālo mainīgo ņemt vērā vienā līmenī ar telpiskajiem mainīgajiem. Plaši pazīstamie vektori, piemēram, spēks, ātrums un paātrinājums, ir daļa no šī paplašinātā matemātisko vienību kopuma.

Einšteina vienādojumu matemātiskais aspekts ietver arī tādus jēdzienus kā metrika, kas ir attālums gan telpā, gan laikā, kas atdala divus bezgalīgi tuvu notikumus.

Divi punkti kosmosa laikā ir daļa no līknes, ko sauc par ģeodēzisko. Šos punktus apvieno telpas un laika attālums. Šāds telpas-laika attēlojums ir redzams šajā attēlā:

Konusa formu nosaka gaismas ātrums c, kas ir konstants visos atsauces kadros. Visiem notikumiem jānotiek konusu ietvaros. Ja ir notikumi ārpus tiem, to nevar zināt, jo informācijai jābrauc ātrāk nekā gaismai, lai to uztvertu.

Einšteina lauka vienādojumi pieļauj risinājumu ar divām atšķirībām tukšā reģionā (tas ir, bez masas). Viena no šīm īpatnībām ir melnais caurums, bet otra ir baltais caurums. Abiem ir notikumu horizonts, kas ir ierobežota rādiusa sfēriska robeža, kas ieskauj singularitāti.

Melno caurumu gadījumā no šī reģiona nevar izkļūt nekas, pat ne gaišs. Un baltajos caurumos notikuma horizonts ir šķērslis, no kura nekas nevar iekļūt no ārpuses. Melnā cauruma šķīdums vakuumā atrodas nākotnes gaišajā konusā, savukārt baltā cauruma šķīdums ir gaismas konusa pagātnes reģionā.

Einšteina vienādojumu risinājumiem, kas ietver reālu melno caurumu, nepieciešama matērijas klātbūtne, un šajā gadījumā risinājums, kas satur balto caurumu, pazūd. Tāpēc tiek secināts, ka kā matemātisks risinājums vienskaitļa risinājumu teorijā bez matērijas pastāv balti caurumi. Bet tas nav gadījums, kad matērija ir iekļauta Einšteina vienādojumos.

Kā veidojas baltais caurums?

2014. gadā teorētiskais fiziķis Karlo Rovelli un viņa komanda Aikses-Marseļas universitātē Francijā ierosināja, ka melnā cauruma nāves gadījumā var rasties balti caurumi.

Jau septiņdesmitajos gados vadošais melno caurumu eksperts Stīvens Hokings aprēķināja, ka melnais caurums zaudē masu, izdalot Hjūkinga starojumu.

Rovelli un viņa komandas aprēķini norāda, ka šāda radiācijas zuduma samazināšana no melnā cauruma pēdējā posmā varētu radīt lielību, kas rada balto caurumu.

Bet Rovelli aprēķini arī norāda, ka melna cauruma gadījumā, kura masa ir vienāda ar Saules masu, baltā cauruma izveidošanai vajadzēs apmēram kvadriljonus reižu no pašreizējā Visuma vecuma.

Baltie caurumi un tumšā viela

Vienu sekundi pēc lielā sprādziena blīvuma svārstības strauji augošajā Visumā spēja radīt pirmatnējus melnus caurumus (bez nepieciešamības pēc zvaigžņu sabrukšanas).

Šie pirmatnējie melnie caurumi ir daudz, daudz mazāki par zvaigžņu izcelsmi, un tie var iztvaikot, līdz tie nomirst, lai dotu ceļu baltajam caurumam laikā, kas iekļauts Visuma dzīvē.

Mikroskopiski baltie caurumi var būt ļoti masīvi. Piemēram, vienam putekļu graudu lielumam var būt lielāka masa nekā Mēnesim.

Rovelli komanda pat ierosina, ka šie mikroskopiskie baltie caurumi var izskaidrot tumšo vielu - vēl vienu no vissvarīgākajiem kosmoloģiskajiem noslēpumiem.

Mikroskopiski baltie caurumi neizstaros starojumu; un, tā kā tie ir mazāki par vienu viļņa garumu, tie izrādās neredzami. Tas varētu būt vēl viens iemesls, kas izskaidro, kāpēc tie vēl nav atklāti.

Atsauces

1. Battersby, S. 2010. Mūžīgie melnie caurumi ir visaugstākais kosmiskais seifs. Atgūts no: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Baltie caurumi var būt noslēpumainas tumšās vielas slepenā sastāvdaļa. Atgūts no: space.com.
3. Freizers, C. 2015. Kas ir baltie caurumi ?. Atgūts no: phys.org.
4. Meistari, Karena. 2015. Kas ir baltais caurums ?. Atgūts no ziņkārīgā.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Baltais caurums. Atgūts no: wikiwand.com