Czy białe dziury naprawdę mogą istnieć? Czarne dziury zdają się przyciągać całą uwagę, a co z ich lustrzanymi odpowiednikami? Zgodnie z ogólną teorią względności Alberta Einsteina są matematycznie możliwe, jednak czy hipotetyczne białe dziury miałyby jakikolwiek sens?
Białe dziury… czy to w ogóle możliwe?
Na początek jeszcze raz zaznaczam, że białe dziury to twór czysto teoretyczny – nie zostały do tej pory odkryte żadne ślady i cały czas pozostają jedynie w sferze rozważań. Aby zrozumieć jak mogłyby wyglądać, należy najpierw przyjrzeć się dość już powszechnym czarnym dziurom. Są to obszary całkowitego załamania grawitacyjnego, gdzie grawitacja pokonała wszystkie inne siły i skompresowała skupisko materii do z punktu widzenia matematyki nieskończenie małego obszaru zwanego osobliwością. Wokół tej osobliwości znajduje się horyzont zdarzeń, który nie jest żadną fizyczną, twardą granicą, ale po prostu pewnym obszarem wokół osobliwości, gdzie grawitacja jest tak silna, że nic, nawet światło, nie jest w stanie się wydostać.
Kiedy słyszymy określenie czarna dziura, wyobrażamy sobie ogromny kosmiczny wir, który pochłania wszystko w swoim otoczeniu, jest to wizja, która utrwaliła się z tego względu, że właśnie w ten sposób najczęściej przedstawiana się je w popkulturze. A sam proces, który prowadzi do powstania takiego obiektu, jest naprawdę złożony i zarazem fascynujący.
Pod koniec życia masywnych gwiazd zachodzą w nich ekstremalne procesy. Gwiazda wyczerpuje swój zapas paliwa, co prowadzi do destabilizacji jej jądra. W wyniku tej destabilizacji jądro zaczyna się gwałtownie kurczyć, podczas gdy warstwy zewnętrzne gwiazdy są wyrzucane w potężnej eksplozji zwanej supernową.
Po eksplozji, jeśli jądro gwiazdy pozostaje wystarczająco masywne, jego grawitacja staje się tak silna, aż w końcu osiąga punkt, w którym cała jego masa i grawitacja są skoncentrowane w nieskończenie małej przestrzeni. W tym momencie zapada się ono do czarnej dziury.
Aby dojść do koncepcji białej dziury, musimy uznać, że ogólna teoria względności nie uwzględnia kierunku przepływu czasu. Równania są symetryczne względem czasu, co oznacza, że matematyka działa doskonale zarówno w przód, jak i wstecz w czasie. Tak, na tym właśnie polegają rozważania teoretyczne.
Najnowsze filmy
Wyobraźcie sobie film o powstawaniu czarnej dziury odtwarzany wstecz, zobaczylibyśmy obiekt emitujący promieniowanie i cząstki, który w końcu by wybuchł, pozostawiając za sobą coś na wzór masywnej gwiazdy będącej właśnie białą dziurą. Obiekt wciąż posiadający osobliwość i horyzont zdarzeń, ale w przeciwieństwie do czarnej dziury, nic do białej dziury nie mogłoby wpaść, a jedynie z niej wylatywać. Kompletnie nic nie mogłoby dostać się do jej środka nawet światło. Dokładne lustrzane odbicie tego czym jest czarna dziura.
Jeśli jednak matematyka dopuszcza istnienie takiego obiektu, to dlaczego naukowcy nie spodziewają się za bardzo, że gdzieś we wszechświecie może istnieć prawdziwa biała dziura? Ogólna teoria względności to nie jedyny sposób na opisanie działania kosmosu. Istnieją inne gałęzie fizyki, które mówią nam o wewnętrznych mechanizmach wszechświata, takie jak teorie elektromagnetyzmu czy termodynamiki.
Druga zasada termodynamiki mówi nam, że entropia zamkniętych systemów może tylko wzrastać. Innymi słowy, nieład zawsze rośnie i bałagan w szafie czy pokoju sam magicznie się nie posprząta.
Entropia to pojęcie, które w nauce określa stopień nieporządku lub chaosu w systemie. Można ją postrzegać jako miarę nieprzewidywalności. Wyższa entropia oznacza większy nieporządek i mniejszą organizację w systemie. Ale co to oznacza w praktyce?
Wyobraź sobie, że masz w ręku pełną szklankę wody. W tym stanie szklanka i woda w niej mają niski poziom entropii – są dobrze uporządkowane. Jeśli przypadkowo upuścisz tę szklankę, rozpadnie się ona na tysiące drobnych kawałków, a woda się rozleje. Mamy więc do czynienia z dużym nieporządkiem: kawałkami szkła porozrzucanymi wszędzie dookoła i rozlaną wodą. W tym stanie nasz system nasz system ma znacznie wyższą entropię niż przed upuszczeniem.
Chcesz posprzątać ten bałagan, więc zaczynasz zbierać kawałki szkła i wycierać wodę. Jednak nawet jeśli zbierzesz wszystkie kawałki i całą wodę, nie będziesz w stanie przywrócić szklanki do jej pierwotnego stanu. Proces rozbijania szklanki jest nieodwracalny, a zwiększenie entropii, które nastąpiło w wyniku jej upuszczenia również jest nieodwracalne.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!Dlaczego? Ponieważ zgodnie z drugą zasadą termodynamiki w izolowanym systemie entropia może tylko wzrastać lub pozostawać stała – nie może maleć. To znaczy, że naturalnym kierunkiem procesów w wszechświecie jest zwiększanie się entropii. W kontekście naszej szklanki oznacza to, że łatwo jest ją rozbijać zwiększając entropię, ale bardzo trudno lub niemożliwe jest przywrócenie jej do pierwotnego stanu, bo wymagałoby to zmniejszenia entropii. Zgodnie z naszą obecną wiedzą taka sama zasada tyczy się wszystkich innych procesów czy obiektów w całym kosmosie, w tym też czarnych i potencjalnych białych dziur.
Nie można po prostu uruchomić procesu tworzenia czarnej dziury wstecz, aby uzyskać białą dziurę, ponieważ spowodowałoby to zmniejszenie entropii, co jest niezgodne ze znanymi prawami fizyki — gwiazdy nie pojawiają się cudownie z gigantycznych kosmicznych eksplozji. I nie, wielki wybuch nie jest tego przykładem, bo wybuchem jest tylko z niefortunnej nazwy. Dlatego, choć ogólna teoria względności dopuszcza matematycznie ich istnienie, to już termodynamika mówi zupełnie co innego.
Jedynym sposobem na utworzenie białej dziury byłoby istnienie jakiegoś egzotycznego procesu działającego we wczesnym wszechświecie, który w niewytłumaczalny sposób zakodowałby istnienie białej dziury w samej strukturze czasoprzestrzeni. W ten sposób proces tworzenia białej dziury ominąłby problem z obniżaniem entropii — biała dziura po prostu byłaby tam, istniejąc od początku czasów. No ale to bardzo duże ALE.
Źródło: www.dpictures.homes
Kiedy białe dziury zostały po raz pierwszy zaproponowane, spotkały się z mieszanką zaciekawienia, sceptycyzmu i – jak można się było spodziewać – pewnego stopnia kontrowersji. W świecie nauki, gdzie empiryczne dowody są kluczem, czysto teoretyczna koncepcja, tak trudna do potwierdzenia obserwacyjnie, jest dla większości środowiska nieakceptowalna.
Część naukowców zastanawiało się, czy białe dziury nie są po prostu matematyczną ciekawostką, która nie ma odpowiednika w rzeczywistym wszechświecie. Inni byli podekscytowani możliwością, że takie obiekty mogą faktycznie istnieć i mogą odgrywać ważną rolę w ewolucji kosmicznej.
Nie jest łatwo jednoznacznie określić, kto dokładnie wprowadził koncepcję białych dziur. Na pewno jedną z pierwszych osób, które zauważyły, że matematycznie coś takiego jest możliwe był John Archibald Wheeler, jeden z najważniejszych teoretyków grawitacji dwudziestego wieku.
Białe dziury są idealnym przykładem pokazującym, że to co teoretycznie i matematycznie wydaje się możliwe, niekoniecznie za każdym razem musi okazywać się prawdą. Niemniej jednak, pomimo sporej dozy sceptycyzmu wielu członków społeczności naukowej, białe dziury nadal fascynują teoretyków i pozostają jednym z najbardziej intrygujących zagadek – paradoksów w astrofizyce . Czy kiedykolwiek dowiemy się o nich czegoś więcej? Istnieją czy nie? Czas pokaże, na pewno takie odkrycie całkowicie odmieniłoby nasze spojrzenie na wszystkie dotychczasowe modele kosmologiczne.
