БЯЛА ДУПКА: ИСТОРИЯ, ТЕОРИЯ И КАК СЕ ФОРМИРА - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На бял отвор е ексцентричната пространство - време, принадлежащи към точните решения на уравненията на ОТО. Тези особености имат това, което се нарича хоризонт на събитията. Това означава наличието на преграда, която в бяла дупка нищо не може да проникне отвън. Теоретично бялата дупка е особеност, която отива в миналото.

В момента никой не е успял да го наблюдава. Но е възможно да дължим съществуването си на най-специалното от всички: Големият взрив от преди 13,8 милиарда години може да се счита за събитие, причинено от свръхмасивна бяла дупка.

Голяма маса като планетата може да изкриви пространството и времето. Източник: Мисид

Теорията на общата относителност счита, че пространството-времето може да се деформира от ефекта на ускорението или от наличието на масивни обекти. Това е същата теория, която предсказваше съществуването на черни дупки, от които белите дупки биха били насреща. Следователно съществуването на тях се счита за еднакво възможно.

Сега, за да се формира сингулярността пространство-време, е необходим някакъв физически механизъм. В случай на черни дупки се знае, че причината е гравитационният срив на свръхмасивна звезда.

Но физическият механизъм, който би могъл да образува сингулярност, наподобяваща бяла дупка, все още не е известен. Въпреки че със сигурност се появиха кандидати, които да обяснят възможното си обучение, както ще се види скоро.

Разлики между черни и бели дупки

Много от известните черни дупки са остатъкът от свръхгигантска звезда, претърпяла вътрешен срив.

Когато това се случи, гравитационните сили се увеличават до такава степен, че нищо, което се приближава, няма да може да избяга от влиянието му, дори и светлината.

Ето защо черните дупки са способни да погълнат всичко, което попадне в тях. Напротив, нищо не би могло да влезе в бяла дупка, всичко би било отхвърлено или отблъснато от нея.

Възможно ли е съществуването на такъв обект? В крайна сметка черните дупки остават за дълго време като математическо решение на полевите уравнения на Айнщайн, докато не бъдат открити благодарение на гравитационните и радиационните ефекти, които причиняват в околната им среда, и наскоро бяха снимани.

За разлика от тях, белите дупки все още са скрити от космолозите, ако наистина съществуват.

История на откриването му

Теорията за съществуването на бели дупки започва от трудовете на Карл Шварцшилд (1873-1916), немски физик и първият, който намери точно решение на релативистките полеви уравнения на Алберт Айнщайн.

За да направи това, той разработи модел със сферична симетрия, чиито решения имат особености, които са именно черни дупки и техните бели колеги.

Творбата на Шварцшилд не беше точно популярна, може би беше публикувана по време на Първата световна война. Отнеха няколко години на двама физици да се заемат самостоятелно през 60-те години.

През 1965 г. математиците Игор Новиков и Ювал Нееман анализират решенията на Шварцшилд, но използвайки различна координатна система.

По това време терминът бяла дупка все още не е бил въведен. Всъщност те бяха известни като „изоставащи ядра“ и се смятаха за нестабилни.

Въпреки това, бидейки аналог на черните дупки, изследователите се опитали да намерят физически обект, чиято природа е съвместима с прогнозираната за бели дупки.

Квазари и бели дупки

Изследователите вярвали, че са го намерили в квазари, най-ярките обекти във Вселената. Те излъчват интензивен поток от радиация, откриваема от радиотелескопите, точно както трябва да има бяла дупка.

Енергията на квазарите обаче в крайна сметка беше дадена по-осъществима обяснение, свързана с черните дупки в центъра на галактиките. И така белите дупки отново бяха като абстрактни математически същества.

Така че, въпреки че са известни, белите дупки са получили много по-малко внимание от черните. Това се дължи не само на факта, че те се смятат за нестабилни, което поставя действителното им съществуване под съмнение, но и защото няма разумна хипотеза за техния възможен произход.

За разлика от тях черните дупки възникват от гравитационния срив на звездите, физическо явление, което е добре документирано.

Възможно намиране на бяла дупка

Изследователите са убедени, че най-накрая са открили бяла дупка в явление, наречено GRB 060614, възникнало през 2006 г. Това явление е предложено като първата документирана поява на бяла дупка.

GRB 060614 беше избухване на гама-лъчи, открито от бързата обсерватория на Нийл Герелс на 14 юни 2006 г., със специфични свойства. Той предизвика оспорван досега научен консенсус относно произхода на изблиците на гама-лъчи и черните дупки.

Големият взрив, който някои смятат, че е свръхмасивна бяла дупка, може от своя страна да е резултат от супермасивна черна дупка в сърцето на непозната галактика, намираща се в нашата родителска вселена.

Една от трудностите при наблюдаването на бяла дупка е, че цялата материя е изгонена от нея с един импулс. Така че на бялата дупка липсва необходимата приемственост, която да се спазва, докато черните дупки имат достатъчно постоянство, за да се видят.

теория

Айнщайн постулира, че масата, времето и дължината са тясно зависими от скоростта на референтната рамка, в която те се измерват.

В допълнение, времето се счита за още една променлива, със същото значение като пространствените променливи. Така за пространството-времето се говори като за цялост, в която се случват всяко събитие и всички събития.

Материята взаимодейства с тъканта на пространството-времето и я модифицира. Айнщайн описва как става това с набор от 10 тензорни уравнения, известни като полеви уравнения.

Някои важни понятия в теорията на относителността

Тензорите са математически единици, които позволяват да се разглежда времевата променлива на същото ниво като пространствените променливи. Добре познатите вектори като сила, скорост и ускорение са част от този разширен набор от математически единици.

Математическият аспект на уравненията на Айнщайн включва също понятия като метриката, която е разстоянието както в пространството, така и във времето, което разделя две безкрайно близки събития.

Две точки в пространственото време са част от крива, наречена геодезика. Тези точки са обединени пространствено-времево разстояние. Такова представяне на пространство-време се наблюдава на следната фигура:

Формата на конуса се определя от скоростта на светлината c, която е константа във всички референтни кадри. Всички събития трябва да се провеждат в рамките на шишарките. Ако има събития извън тях, няма начин да се знае, защото информацията трябва да пътува по-бързо от светлината, за да бъде възприета.

Полевите уравнения на Айнщайн допускат решение с две особености в празен регион (тоест без маса). Едната от тези особености е черна дупка, а другата е бяла дупка. И за двете има хоризонт на събитията, който представлява сферична граница на краен радиус, която заобикаля сингулярността.

В случай на черни дупки нищо, дори светлина, не може да излезе от този регион. А в бели дупки хоризонтът на събитията е бариера, през която нищо не може да проникне отвън. Разтворът на черна дупка във вакуум е в светлината на конуса на бъдещето, докато разтворът на бялата дупка е в миналото на светлинния конус.

Решенията на уравненията на Айнщайн, които включват истинска черна дупка, изискват присъствието на материя и в този случай решението, което съдържа бялата дупка, изчезва. Ето защо се стига до заключението, че като математическо решение в теорията за сингулярните решения без материя съществуват бели дупки. Но това не е така, когато материята е включена в уравненията на Айнщайн.

Как се образува бяла дупка?

През 2014 г. теоретичният физик Карло Ровели и неговият екип от университета в Екс-Марсилия във Франция предложиха бели дупки да възникнат от смъртта на черна дупка.

Още през 70-те години водещият експерт по черните дупки Стивън Хокинг изчисли, че една черна дупка губи маса чрез излъчването на радиация на Хокинг.

Изчисленията на Ровели и неговия екип показват, че подобно свиване на радиационна загуба на черна дупка може в последния си етап да доведе до отскачане, което създава бяла дупка.

Но изчисленията на Ровели също показват, че в случай на черна дупка с маса, равна на тази на Слънцето, за формирането на бяла дупка ще са необходими около четиридесет милиона пъти повече от сегашната епоха на Вселената.

Бели дупки и тъмна материя

Една секунда след Големия взрив, колебанията в плътността в бързо разрастващата се Вселена успяха да произведат изначални черни дупки (без да се нуждае от звезден срив).

Тези първични черни дупки са много, много по-малки от тези със звезден произход и могат да се изпарят, докато умрат, за да отстъпят на бяла дупка във време, включено в живота на Вселената.

Микроскопичните бели дупки могат да бъдат много масивни. Например, един размер на зърно прах може да има по-голяма маса от Луната.

Екипът на Ровели дори предполага, че тези микроскопични бели дупки могат да обяснят тъмната материя, друга от най-важните космологични мистерии.

Микроскопичните бели дупки не биха излъчвали радиация; и тъй като са по-малки от една дължина на вълната, те се оказват невидими. Това може да е друга причина, която да обясни защо те все още не са открити.

Препратки

1. Battersby, S. 2010. Вечните черни дупки са най-добрият космически сейф. Възстановено от: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Белите дупки може да са тайната съставка в мистериозната тъмна материя. Възстановена от: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Какво представляват белите дупки ?. Възстановено от: phys.org.
4. Мастърс, Карън. 2015. Какво е бяла дупка ?. Възстановен от любопитен.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Бяла дупка. Възстановено от: wikiwand.com