BIELA DIERA: HISTÓRIA, TEÓRIA A AKO SA FORMUJE - FYZICKÝ - 2024

Biela diera je jedinečnosť priestor - čas, ktorý patrí k presné riešenie rovníc všeobecnej teórie relativity. Tieto zvláštnosti majú to, čo sa nazýva horizont udalostí. To znamená prítomnosť bariéry, ktorá v bielej diere nemôže z vonkajšej strany preniknúť nič. Teoreticky je biela diera jedinečnosťou, ktorá siaha do minulosti.

V súčasnosti nikto nič nedokázal pozorovať. Je však možné, že vďačíme našej existencii za najzvláštnejšiu zo všetkých: Veľký tresk pred 13,8 miliardami rokov možno považovať za udalosť spôsobenú supermasívnou bielou dierou.

Veľká hmota, ako je planéta, môže časovo deformovať. Zdroj: Mysid

Teória všeobecnej relativity sa domnieva, že časopriestor sa môže deformovať účinkom zrýchlenia alebo prítomnosťou obrovských objektov. Je to rovnaká teória, ktorá predpovedala existenciu čiernych dier, ktorých bielymi dierami by boli náprotivky. Preto sa ich existencia považuje za rovnako možnú.

Teraz, aby sa vytvorila priestorovo-singularita, je potrebný nejaký fyzický mechanizmus. V prípade čiernych dier je známa príčina gravitačného zrútenia supermasívnej hviezdy.

Fyzický mechanizmus, ktorý by mohol vytvoriť singularitu podobnú bielej dierke, však ešte nie je známy. Hoci sa určite objavili kandidáti, aby vysvetlili svoje možné školenie, ako bude vidieť v najbližšej dobe.

Rozdiely medzi čiernymi a bielymi dierami

Mnoho známych čiernych dier je pozostatkom supergiantnej hviezdy, ktorá utrpela vnútorný kolaps.

Keď k tomu dôjde, gravitačné sily sa zvýšia do tej miery, že nič, čo sa priblíži, nebude schopné uniknúť jeho vplyvu, dokonca ani svetlu.

Preto čierne diery dokážu prehltnúť všetko, čo do nich spadne. Naopak, do bielej diery sa nemôže dostať nič, všetko by sa z nej odmietlo alebo odrazilo.

Je možná existencia takého objektu? Koniec koncov, čierne diery zostali dlho ako matematické riešenie Einsteinových polných rovníc, až kým neboli odhalené vďaka gravitačným a radiačným účinkom, ktoré spôsobujú v ich okolí, a nedávno boli fotografované.

Naproti tomu sú biele otvory pred kozmológmi stále skryté, ak skutočne existujú.

História jeho objavenia

Teória existencie bielych dier sa začala prácou nemeckého fyzika Karla Schwarzschilda (1873-1916) a prvého, ktorý našiel presné riešenie relativistických poľných rovníc Alberta Einsteina.

Na tento účel vyvinul model so sférickou symetriou, ktorého riešenia majú singularity, ktorými sú presne čierne diery a ich biele náprotivky.

Schwarzschildove dielo nebolo veľmi populárne, možno aj keď vyšlo počas prvej svetovej vojny. Trvalo niekoľko rokov, kým to dvaja fyzici prevzali nezávisle v 60. rokoch.

V roku 1965 matematici Igor Novikov a Yuval Ne'eman analyzovali Schwarzschildove riešenia, ale s použitím iného súradnicového systému.

V tom čase ešte nebol vytvorený termín biela diera. V skutočnosti boli známe ako „zaostávajúce jadrá“ a boli považované za nestabilné.

Vedci sa však ako náprotivok čiernych dier pokúsili nájsť fyzický objekt, ktorého povaha bola kompatibilná s povahou predpokladanou pre biele diery.

Kvasary a biele diery

Vedci verili, že ho našli v kvasaroch, najjasnejších objektoch vo vesmíre. Vyžarujú intenzívny tok žiarenia detegovateľný rádiovými teleskopásmi, presne tak, ako by mala biela diera.

Energia kvazarov však bola napokon podaná ľahším vysvetlením, ktoré súviselo s čiernymi dierami v strede galaxií. A tak boli biele diery opäť ako abstraktné matematické entity.

Takže aj keď sú známe, bielym dieram bolo venovaných oveľa menej pozornosti ako čiernym dieram. Dôvodom je nielen skutočnosť, že sú považovaní za nestabilné, čo spochybňuje ich skutočnú existenciu, ale aj preto, že neexistujú rozumné hypotézy o ich možnom pôvode.

Naopak, čierne diery vznikajú z gravitačného zrútenia hviezd, čo je dobre zdokumentovaný fyzikálny jav.

Možné nájdenie bielej diery

Vedci sú presvedčení, že konečne zistili bielu dieru vo fenoméne GRB 060614, ku ktorému došlo v roku 2006. Tento jav bol navrhnutý ako prvý zdokumentovaný vzhľad bielej diery.

GRB 060614 bol výbuch gama lúčov detekovaný Swiftovým observatóriom Neila Gehrelsa 14. júna 2006, so zvláštnymi vlastnosťami. Spochybnil predtým vedecký konsenzus o pôvode gama lúčov a čiernych dier.

Veľký tresk, o ktorom niektorí veria, že je supermasívnou bielou dierou, môže byť zase výsledkom supermasívnej čiernej diery, v srdci neznámej galaxie umiestnenej v našom materskom vesmíre.

Jedným z problémov pri pozorovaní bielej diery je to, že všetka hmota sa z nej vylúči jediným impulzom. Takže bielej diere chýba nevyhnutná kontinuita, ktorá sa má dodržať, zatiaľ čo čierne diery majú dostatočnú perzistenciu, aby boli vidieť.

teória

Einstein predpokladá, že hmotnosť, čas a dĺžka sú úzko závislé od rýchlosti referenčného rámca, v ktorom sa merajú.

Čas sa navyše považuje za jednu premennú s rovnakým významom ako priestorové premenné. Preto sa o časopriestore hovorí ako o entite, v ktorej sa koná akákoľvek udalosť a všetky udalosti.

Hmota interaguje s látkou časopriestoru a modifikuje ju. Einstein popisuje, ako sa to deje so sadou 10 tenzorových rovníc, známych ako polné rovnice.

Niektoré dôležité pojmy v teórii relativity

Tenzory sú matematické entity, ktoré umožňujú posudzovať časovú premennú na rovnakej úrovni ako priestorové premenné. Známe vektory ako sila, rýchlosť a zrýchlenie sú súčasťou tejto rozšírenej sady matematických entít.

Matematický aspekt Einsteinových rovníc zahŕňa aj pojmy ako metrika, čo je vzdialenosť v priestore a čase, ktorá oddeľuje dve nekonečne blízke udalosti.

Dva body v časopriestore sú súčasťou krivky nazývanej geodetický. Tieto body sú spojené časopriestorom. Takéto znázornenie časopriestoru je pozorované na nasledujúcom obrázku:

Tvar kužeľa je určený rýchlosťou svetla c, ktorá je konštantná vo všetkých referenčných rámcoch. Všetky udalosti sa musia konať v kužele. Ak sa mimo nich nachádzajú udalosti, neexistuje žiadny spôsob, ako to zistiť, pretože informácie by sa mali pohybovať rýchlejšie ako svetlo, aby boli vnímané.

Einsteinove polné rovnice pripúšťajú riešenie s dvoma singularitami v prázdnej oblasti (to znamená bez hmoty). Jednou z týchto singularít je čierna diera a druhá je biela diera. Pre obidva existuje horizont udalostí, ktorý je sférickou hranicou konečného polomeru, ktorý obklopuje jedinečnosť.

V prípade čiernych dier sa z tejto oblasti nemôže dostať nič, dokonca ani svetlo. A v bielych dierach je horizont udalostí bariérou, z ktorej nič nemôže preniknúť zvonka. Roztok čiernych dier vo vákuu je v ľahkom kuželi budúcnosti, zatiaľ čo roztok bielych dier je v minulosti v oblasti svetelného kužeľa.

Riešenia Einsteinových rovníc, ktoré obsahujú skutočnú čiernu dieru, vyžadujú prítomnosť hmoty av tomto prípade riešenie, ktoré obsahuje bielu dieru, zmizne. Preto sa dospelo k záveru, že ako matematické riešenie v teórii singulárnych riešení bez hmoty existujú biele diery. To však nie je prípad, keď je hmota zahrnutá do Einsteinových rovníc.

Ako sa vytvára biela diera?

V roku 2014 teoretický fyzik Carlo Rovelli a jeho tím na univerzite v Aix-Marseille vo Francúzsku navrhli, že po úmrtí čiernej diery môžu vzniknúť biele diery.

Už v sedemdesiatych rokoch vedúci odborník na čierne diery, Stephen Hawking, spočítal, že čierna diera stráca hmotnosť emisiou Hawkingovho žiarenia.

Výpočty Rovelliho a jeho tímu naznačujú, že taká kontrakcia čiernej diery so stratou žiarenia by mohla v konečnej fáze spôsobiť odraz, ktorý vytvorí bielu dieru.

Výpočty Rovelliho však tiež naznačujú, že v prípade čiernej diery s hmotnosťou rovnajúcou sa Slnku by vytvorenie bielej diery trvalo asi štvornásobok súčasného veku Vesmíru.

Biele diery a tmavá hmota

Jednu sekundu po Veľkom tresku dokázali výkyvy hustoty v rýchlo sa rozvíjajúcom vesmíre vytvárať praveké čierne diery (bez potreby hviezdneho kolapsu).

Tieto praveké čierne diery sú mnohé, mnohé menšie ako otvory hviezdneho pôvodu a môžu sa vyparovať, až kým nezomrú, aby ustúpili bielej diere v čase zahrnutom do života vesmíru.

Mikroskopické biele diery môžu byť veľmi veľké. Napríklad veľkosť zrna prachu môže mať väčšiu hmotnosť ako Mesiac.

Tím Rovelliho dokonca navrhuje, že tieto mikroskopické biele diery dokážu vysvetliť temnú hmotu, ďalšiu z najdôležitejších kozmologických záhad.

Mikroskopické biele diery by nevyžarovali žiarenie; a keďže sú menšie ako jedna vlnová dĺžka, ukázalo sa, že sú neviditeľné. To by mohol byť ďalší dôvod, ktorý by vysvetlil, prečo ešte neboli odhalené.

Referencie

1. Battersby, S. 2010. Večné čierne diery sú dokonalým kozmickým trezorom. Získané z: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Biele diery môžu byť tajnou zložkou tajomnej tmavej hmoty. Obnovené z: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Čo sú biele diery? Obnovené z: phys.org.
4. Masters, Karen. 2015. Čo je to biela diera? Získané z kuriózne.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Biela diera. Obnovené z: wikiwand.com