BÍLÁ DÍRA: HISTORIE, TEORIE A JAK SE FORMUJE - FYZICKÝ - 2025

Bílá díra je jedinečnost prostor - čas, který patří k přesné řešení rovnic obecné teorie relativity. Tyto singularity mají to, čemu se říká horizont událostí. To znamená přítomnost bariéry, která v bílé díře nemůže z vnějšku proniknout. Teoreticky je bílá díra jedinečností, která jde do minulosti.

V tuto chvíli nikdo nebyl schopen pozorovat. Je však možné, že vděčíme naší existenci za nejzajímavější ze všech: Velký třesk před 13,8 miliardami let lze považovat za událost způsobenou supermasivní bílou dírou.

Velká hmota, jako je planeta, může zkrátit časoprostor. Zdroj: Mysid

Teorie obecné relativity se domnívá, že časoprostor může být deformován účinkem zrychlení nebo přítomností masivních objektů. Je to stejná teorie, která předpovídala existenci černých děr, z nichž bílé díry by byly protějškem. Proto je jejich existence považována za stejně možnou.

Nyní, aby se vytvořila časoprostorová singularita, je zapotřebí nějaký fyzický mechanismus. V případě černých děr je známo, že příčinou je gravitační kolaps supermasivní hvězdy.

Fyzikální mechanismus, který by mohl vytvořit singularitu podobnou bílé díře, však dosud není znám. Ačkoli se určitě objevili kandidáti, aby vysvětlili své možné školení, jak bude brzy vidět.

Rozdíly mezi černými a bílými otvory

Mnoho známých černých děr je pozůstatkem supergiantní hvězdy, která utrpěla vnitřní kolaps.

Když k tomu dojde, gravitační síly se zvýší do té míry, že nic, co se přiblíží, nebude schopno uniknout svému vlivu, dokonce ani světlu.

Proto černé díry dokáží spolknout všechno, co do nich spadne. Naopak, do bílé díry nemohlo nic vstoupit, všechno by z toho bylo odmítnuto nebo odpuzeno.

Je existence takového objektu možná? Koneckonců, černé díry zůstaly po dlouhou dobu jako matematické řešení Einsteinových polních rovnic, dokud nebyly detekovány díky gravitačním a radiačním účinkům, které způsobují v jejich okolí, a nedávno byly vyfotografovány.

Naproti tomu bílé díry jsou před kosmology stále skryté, pokud skutečně existují.

Historie jejího objevu

Teorie existence bílých děr začala z prací německého fyzika Karla Schwarzschilda (1873-1916) a prvního, který našel přesné řešení relativistických polních rovnic Alberta Einsteina.

Aby toho dosáhl, vyvinul model se sférickou symetrií, jehož řešení mají singularity, což jsou přesně černé díry a jejich bílé protějšky.

Schwarzschildova práce nebyla úplně populární, možná byla publikována během první světové války. Trvalo několik let, než to dva fyzici začali samostatně v šedesátých letech.

V roce 1965 matematici Igor Novikov a Yuval Ne'eman analyzovali Schwarzschildova řešení, ale za použití jiného souřadnicového systému.

V té době nebyl termín bílá díra ještě razen. Ve skutečnosti byly známy jako „zaostávající jádra“ a byly považovány za nestabilní.

Avšak jako protějšek černých děr se vědci pokusili najít fyzický objekt, jehož povaha byla slučitelná s povahou předpokládanou pro bílé díry.

Kvasary a bílé díry

Vědci věřili, že ji našli v kvazarech, nejjasnějších objektech ve vesmíru. Vyzařují intenzivní tok záření detekovatelný radioteleskopy, stejně jako by měla bílá díra.

Energie kvazarů však nakonec dostala proveditelnější vysvětlení související s černými dírami ve středu galaxií. A tak byly bílé díry opět jako abstraktní matematické entity.

Takže i když jsou známy, bílé díry získaly mnohem méně pozornosti než černé díry. Důvodem je nejen skutečnost, že jsou považováni za nestabilní, což zpochybňuje jejich skutečnou existenci, ale také proto, že neexistuje žádná rozumná hypotéza o jejich možném původu.

Naproti tomu černé díry vznikají z gravitačního kolapsu hvězd, což je fyzický jev, který byl dobře zdokumentován.

Možné nalezení bílé díry

Výzkumníci jsou přesvědčeni, že konečně detekovali bílou díru ve jevu nazvaném GRB 060614, ke kterému došlo v roce 2006. Tento jev byl navržen jako první zdokumentovaný vzhled bílé díry.

GRB 060614 byl výbuch gama paprsku detekovaný Swillovou observatořem Neila Gehrelsa 14. června 2006, se zvláštními vlastnostmi. To zpochybnilo dříve konané vědecké shody o původu gama paprsků a černých děr.

Velký třesk, o kterém někteří věří, že je supermasivní bílá díra, může být zase výsledkem supermasivní černé díry, v srdci neznámé galaxie umístěné v našem mateřském vesmíru.

Jednou z obtíží při pozorování bílé díry je to, že veškerá hmota je z ní vyloučena jediným impulsem. Takže bílé díře postrádá nezbytnou kontinuitu, kterou je třeba dodržovat, zatímco černé díry mají dostatečnou perzistenci, aby byly vidět.

Teorie

Einstein předpokládá, že hmotnost, čas a délka jsou úzce závislé na rychlosti referenčního rámce, ve kterém jsou měřeny.

Čas je navíc považován za jednu další proměnnou se stejným významem jako prostorové proměnné. Proto se o časoprostoru mluví jako o entitě, ve které se odehrává jakákoli událost a všechny události.

Hmota interaguje s látkou časoprostoru a modifikuje ji. Einstein popisuje, jak se to děje se sadou 10 tenzorových rovnic, známých jako polní rovnice.

Některé důležité pojmy v teorii relativity

Tenzory jsou matematické entity, které umožňují uvažovat o časové proměnné na stejné úrovni jako prostorové proměnné. Známé vektory, jako je síla, rychlost a zrychlení, jsou součástí této rozšířené sady matematických entit.

Matematický aspekt Einsteinových rovnic zahrnuje také pojmy jako metrika, což je vzdálenost v prostoru i čase, která odděluje dvě nekonečně blízké události.

Dva body v časoprostoru jsou součástí křivky zvané geodesic. Tyto body jsou sjednoceny na časoprostorovou vzdálenost. Takové znázornění časoprostoru je vidět na následujícím obrázku:

Tvar kužele je určen rychlostí světla c, která je konstantní ve všech referenčních rámcích. Všechny události se musí konat v kuželu. Existují-li mimo ně události, neexistuje žádný způsob, jak to vědět, protože informace by měly cestovat rychleji než světlo, aby byly vnímány.

Einsteinovy ​​polní rovnice připouštějí řešení se dvěma singularitami v prázdné oblasti (tj. Bez hmoty). Jednou z těchto singularit je černá díra a druhá bílá díra. Pro oba existuje horizont událostí, což je kulovitá hranice konečného poloměru, která obklopuje jedinečnost.

V případě černých děr se z této oblasti nemůže dostat nic, dokonce ani světlo. A v bílých dírách je horizont událostí bariérou, kterou z vnější strany nemůže nic proniknout. Řešení černé díry ve vakuu je ve světelném kuželu budoucnosti, zatímco řešení bílé díry je v minulém regionu světelného kužele.

Řešení Einsteinových rovnic, které zahrnují skutečnou černou díru, vyžadují přítomnost hmoty, a v tomto případě řešení, které obsahuje bílou díru, zmizí. Proto se dochází k závěru, že jako matematické řešení existují v teorii singulárních řešení bez hmoty bílé díry. To však není případ, kdy je hmota zahrnuta do Einsteinových rovnic.

Jak se vytvoří bílá díra?

V roce 2014 teoretický fyzik Carlo Rovelli a jeho tým na univerzitě v Aix-Marseille ve Francii navrhli, že po smrti černé díry mohou vzniknout bílé díry.

Již v 70. letech minulého století přední odborník na černé díry, Stephen Hawking, vypočítal, že černá díra ztratí hmotu emisemi Hawkingova záření.

Výpočty Rovelliho a jeho týmu naznačují, že taková kontrakce černé díry se ztrátou záření by mohla ve své konečné fázi způsobit odraz, který vytvoří bílou díru.

Výpočty Rovelliho však také ukazují, že v případě černé díry s hmotností rovnající se hmotnosti Slunce by vytvoření bílé díry trvalo asi čtyřnásobek současného věku vesmíru.

Bílé díry a tmavá hmota

Jednu vteřinu po Velkém třesku mohly kolísání hustoty v rychle se rozvíjejícím vesmíru vytvářet prvotní černé díry (bez potřeby hvězdného kolapsu).

Tyto pravěké černé díry jsou mnoho, mnoho menších než otvory hvězdného původu a mohou se odpařovat, dokud nezemřou, aby ustoupily bílé díře v době zahrnuté v životě vesmíru.

Mikroskopické bílé díry mohou být velmi masivní. Například jedna velikost zrna prachu může mít větší hmotnost než Měsíc.

Rovelliho tým dokonce navrhuje, že tyto mikroskopické bílé díry mohou vysvětlit temnou hmotu, další z nejdůležitějších kosmologických tajemství.

Mikroskopické bílé díry by nevyzařovaly záření; a protože jsou menší než jedna vlnová délka, ukázalo se, že jsou neviditelné. To by mohl být další důvod, který by vysvětlil, proč ještě nebyly detekovány.

Reference

1. Battersby, S. 2010. Věčné černé díry jsou dokonalým kosmickým trezorem. Obnoveno z: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Bílé díry mohou být tajnou složkou tajemné temné hmoty. Obnoveno z: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Co jsou bílé díry? Obnoveno z: phys.org.
4. Mistři, Karen. 2015. Co je bílá díra? Obnoveno z kuriózního.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Bílá díra. Obnoveno z: wikiwand.com