Białe dziury to teoretyczne obszary w kosmosie, które działają w odwrotny sposób niż czarne dziury. Tak jak nic nie może uciec z czarnej dziury, tak nic nie może wpaść do białej.
Przez długi czas uważano, że białe dziury, o ile w ogóle istnieją, są wytworem ogólnej teorii względności, zrodzonym z tych samych równań, co ich gwiezdne siostry, czarne dziury. Ostatnio jednak niektórzy teoretycy zaczęli się zastanawiać, czy te bliźniacze wiry czasoprzestrzeni mogą być tak naprawdę dwiema stronami tej samej, astrofizycznej monety.
Dla obserwującej z daleka załogi statku kosmicznego, biała dziura wygląda dokładnie tak samo jak czarna dziura . Ma masę, może się obracać wokół własnej osi. Wokół horyzontu zdarzeń tak samo może gromadzić się akrecyjny pierścień pyłu i gazu. Ale jeśli bedą obserwować wystarczająco długo, mogą być świadkami zdarzenia niemożliwego w przypadku czarnej dziury – kosmicznego „bekania” czyli nagłego wyrzutu materii spod horyzontu zdarzeń.
Dopiero w momencie, gdy coś wyleci na zewnątrz, można powiedzieć: „ ach, to jest biała dziura”
– powiedział Carlo Rovelli, fizyk teoretyczny z Centre de Physique Théorique we Francji.
Fizycy opisują białą dziurę jak „odwrócenie czasu” czarnej dziury. Nagranie wideo czarnej dziury odtwarzane wstecz wyglądałoby właśnie jak biała dziura. Nagle spod horyzontu zdarzeń wydobywałaby się materia. Podczas gdy horyzont zdarzeń czarnej dziury jest miejscem bez powrotu (cokolwiek wpadnie pod horyzont zdarzeń, już nie wróci) to horyzont zdarzeń białej dziury jest granicą zakazu wstępu — najbardziej ekskluzywnym klubem czasoprzestrzeni. Żaden statek kosmiczny, ani najmniejsza drobinką materii, nigdy nie dotrze na drugą stronę.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!Obiekty wewnątrz białej dziury mogą ją opuścić i wchodzić w interakcje ze światem zewnętrznym, ale ponieważ nic nie może się dostać do środka, wnętrze jest odcięte od przeszłości wszechświata: żadne zewnętrzne wydarzenie nigdy nie wpłynie na to co w środku. Słusznie podsumował to James Bardeen, pionier badań czarnych dziur i emerytowany profesor Uniwersytetu Waszyngtońskiego, mówiąc:
Jakoś bardziej niepokojące jest posiadanie osobliwości w przeszłości, która może wpływać na wszystko w świecie zewnętrznym
TEORETYCZNY BLIŹNIAK
Równania pola Einsteina uderzyły w fizykę jak tsunami w 1915 roku, a teoretycy wciąż przeczesują pozostały po tym wydarzeniu wrak. Teoria ta nie tylko opisała siłę grawitacji , ale także przyniosła ze sobą nowy, wstrząsający paradygmat o naturze rzeczywistości. Czasoprzestrzeń to coś więcej niż sztywne tło, przestrzeń i czas uginają się wraz z masą gwiazd i planet. To spostrzeżenie wywołało wyścig, którego celem było obliczenie, ile takiego wyginania ze strony materii i jej masy może wytrzymać czasoprzestrzeń.
W ciągu roku fizyk i astronom Karl Schwarzschild znalazł pierwsze dokładne rozwiązanie równań Einsteina, obliczając, jak czasoprzestrzeń zakrzywia się wokół pojedynczej kuli masy. W jego odpowiedzi kryją się nasiona tego, co fizycy nazywają dziś osobliwością — czyli obiektu skurczonego do nieskończenie gęstego punktu, zaginającego przestrzeń tak ciasno, że obszar ten odcina się od reszty wszechświata. Tworzy ziemię niczyją, której horyzont zdarzeń przełamuje związek między przyczyną, a skutkiem.
Czarne dziury, najbardziej znane osobliwości, to obszary przestrzeni tak zniekształcone, że nie istnieją żadne wyjście spod ich horyzontu zdarzeń. Zewnętrzny wszechświat może wpływać na wnętrze horyzontu czarnej dziury, ale wnętrze nie może wpływać na otoczenie.
Kiedy matematyk Martin David Kruskal w 1960 roku rozszerzył opis czarnej dziury Schwarzchilda, aby objąć nim wszystkie aspekty czasoprzestrzeni. Nowopowstały obraz przedstawiał lustrzane odbicie osobliwości czarnej dziury. Chociaż wtedy jeszcze nie zdawał sobie sprawy ze znaczenia tego odkrycia.
DLACZEGO BIAŁE DZIURY MOGĄ NIE ISTNIEĆ
Chociaż ogólna teoria względności teoretycznie opisuje również białe dziury, nikt nie wie, jak faktycznie mogłyby powstać. Nie ma za bardzo mechanizmu, który mógłby odpowiadać za powstawanie białych dziur. Czarna dziura oddziela swój kawałek przestrzeni, gdy masywna gwiazda zapada się w gęstą osobliwość. Odwrotny proces, który mógłby odpowiadać za genezę białej dziury, jednak nie ma fizycznego sensu. Horyzont zdarzeń eksplodujący w funkcjonalną gwiazdę wyglądałby trochę jak jajko, które samo się składa – totalne pogwałcenie entropii, która sprawia, że poziom nieuporządkowania materii wzrasta, a nie maleje. To jak z bałaganem w pokoju, chętnie się robi ale jakoś sam z siebie nie sprząta ;)
Nawet jeśli w jakiś sposób duże białe dziury utworzyłyby się to prawdopodobnie nie utrzymałyby się zbyt długo. Cała wylatująca ze środka materia zderzałaby się z materią orbitującą dookoła i system ostatecznie zapadłby się w klasyczną czarną dziurę.
Myślę, że długowieczna biała dziura jest bardzo mało prawdopodobna
– powiedział Hal Haggard, fizyk teoretyczny z Bard College w Nowym Jorku.
DLACZEGO BIAŁE DZIURY MOGĄ ISTNIEĆ?
Przez pewien czas wydawało się, że białe dziury podzielają los tuneli czasoprzestrzennych — matematycznie dopuszczalnych zakrzywień czasoprzestrzeni, prawdopodobnie zakazanych przez rzeczywistość. Ale w ostatnich latach niektórzy fizycy ponownie spojrzeli na białe dziury, zastanawiając się czy tego typu twory mogłyby istnieć naprawdę.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!Odkąd Stephen Hawking w latach 70 ubiegłego wieku zdał sobie sprawę, że czarne dziury mogą emitować promieniowanie (nazwane jego nazwiskiem), fizycy rozpoczęli dyskusję na temat tego w jaki sposób czarne dziury wypromieniowywać mogą swoją energię, co za tym idzie masę i kurczyć się, aż do ostatecznego zniknięcia. Wielu uczonych zastanawiało się co stanie się z informacją, którą pochłonęła czarna dziura w trakcie swojego istnienia, w momencie jej wyparowania? Ogólna teoria względności nie zezwala na wypuszczenie informacji, a mechanika kwantowa zabrania jej usuwania. No i mamy pat.
Jak umiera czarna dziura? Nie wiemy. Jak rodzi się biała dziura? Może biała dziura jest śmiercią czarnej dziury? Te dwa pytania ładnie się łączą, ale musisz naruszyć równania ogólnej teorii względności przechodząc od jednego do drugiego.
– powiedział Rovelli.
Rovelli jest twórcą teorii pętlowej grawitacji kwantowej, niekompletnej próbą wyjścia poza ogólną teorię względności poprzez opisanie samej przestrzeni jako zbudowanej z cząstek w stylu klocków Lego. Kierując się narzędziami z tego tworu fizycznego, można opisać scenariusz, w którym czarna dziura staje się tak mała, że nie jest już podległa zdroworozsądkowym zasadom klasycznej fizyki einsteinowskiej. Na poziomie cząstek dominuje losowość kwantowa i czarna dziura może przekształcić się w białą dziurę.
Taka mikro biała dziura, masą zbliżoną do masy ludzkiego włosa, według Haggarda nie miałaby grawitacyjnych problemów swojej poprzedniczki – czarnej dziury. Jednocześnie w swoim wnętrzu skrywałaby informacje o wszystkim, co tamta połknęła w trakcie swojego istnienia. Zbyt mała, aby przyciągnąć orbitującą materię, biała dziura może pozostać na tyle stabilna, że w końcu wypluje wszystkie informacje zgromadzone przez swojego poprzednika.
Idąc tym tropem białe dziury zdominują wszechświat po tym, jak gwiazdy wypalą się, a czarne dziury wyparują. Każdy obserwator mógłby wtedy łatwo wykryć obiekty jako stosunkowo duże cząstki, spekuluje Haggard, ale to mogłoby się wydarzyć dopiero po czasie biliony razy dłuższym od obecnego wieku wszechświata.
To najbardziej szalona skala czasowa, jaką widziałem w fizyce
– powiedział Haggard.
OSTATECZNA BIAŁA DZIURA
Alternatywnie, następstwo istnienia białej dziury może istnieć właściwie wszędzie. Dla fizyków czarnych dziur eksplozja materii i energii podczas Wielkiego Wybuchu wygląda jak potencjalne zachowanie białej dziury. Geometria jest bardzo podobna w obu przypadkach. Nawet do tego stopnia, że czasami są matematycznie identyczne.
Kosmolodzy nazywają to „Wielkim Odbiciem”, a niektórzy szukają charakterystycznych cech białych dziur w najwcześniejszym możliwym do zaobserwowania świetle Wszechświata. Rovelli zastanawia się również, czy gwałtowne rozbłyski radiowe nie są czasami błyskami mini czarnych dziur pozostałych po Wielkim Wybuchu, w momencie zamieniania się w białe dziury (chociaż to wyjaśnienie wydaje się coraz mniej prawdopodobne).
Być może istnienie białych dziur to tylko matematyczna mrzonka, ale Haggard uważa, że fizycy i tak powinni zgłębiać te zawiłości równań wynikających z Teorii Względności, ponieważ mogą one przynieść nieoczekiwane odkrycia na innych, powiązanych polach.
Dlaczego nie miałbyś zbadać, czy białe dziury mają interesujące konsekwencje? Możliwe, że te konsekwencje nie są tym, czego się spodziewałeś, ale nierozsądnie byłoby je zignorować.
ŹRÓDŁA
- Bardeen, James M. ” Modele nieosobliwego przejścia parującej czarnej dziury w białą dziurę.(otwiera się w nowej karcie)” arXiv preprint arXiv:1811.06683 (2018).
- Bianchi, Eugenio i in. Białe dziury jako pozostałości : zaskakujący scenariusz końca czarnej dziury.(otwiera się w nowej karcie)Grawitacja klasyczna i kwantowa 35.22 (2018): 225003.
- Cowen, Ron. ” Odbicie kwantowe może spowodować eksplozję czarnych dziur.(otwiera się w nowej karcie)„Nowości przyrodnicze doi 10 (2014).
- Kedem, Yaron, Emil J. Bergholtz i Frank Wilczek. ” Czarno-białe dziury na połączeniach materiałów(otwiera się w nowej karcie)”. Badania przeglądów fizycznych 2.4 (2020): 043285.
- Nikitin, Igor. Ponowne spojrzenie na stabilność białych dziur.(otwiera się w nowej karcie)” arXiv preprint arXiv:1811.03368 (2018).
- Bardeen, James M. ” Czarne dziury do białych dziur I. Kompletny quasi-klasyczny model(otwiera się w nowej karcie).” Wstępny wydruk arXiv arXiv:2006.16804 (2020).
