Hvad er et hvidt hul? Eksisterer det kosmiske fænomen?

Sorte huller har længe holdt rampelyset som himmellegemer, hvorfra intet, ikke engang lys, kan undslippe. Teoretiske fysikere foreslår dog en mindre forstået, men lige så fascinerende pendant:det hvide hul .

I modsætning til sorte huller, som tiltrækker stof, ville hvide huller frastøde det.

1. Hvad er hvide huller?
2. Det teoretiske grundlag for hvide huller
3. Kvanteovervejelser af hvide huller
4. Findes der hvide huller?
5. Forbindelser til andre teoretiske rammer

Hvad er hvide huller?

I astrofysik repræsenterer et hvidt hul et teoretisk fænomen, hvor stof og lys ville dukke op fra, i stedet for at blive trukket ind i, et bestemt område i rummet. Det er det stik modsatte af et sort hul.

Du ved måske allerede, at et sort hul er et område i rummet, hvor tyngdekraften er så stærk, at flugthastigheden overstiger lysets hastighed, hvilket gør det umuligt for lys at undslippe.

Flugthastighed refererer til den hastighed, en ting skal rejse for at kunne undslippe gravitationsfeltet på en planet, såsom Jorden, og i stedet rejse ud i rummet.

Det teoretiske grundlag for hvide huller

Ideen om et hvidt hul er forankret i Schwarzschild sorte hul-løsningen, opkaldt efter den tyske fysiker og astronom Karl Schwarzschild, som formulerede den som svar på Einsteins generelle relativitetsteori.

Da Schwarzschild formulerede ligninger, der beskrev sorte huller, fandt han ud af, at hvide huller kunne eksistere under de samme fysiklove, som styrer sorte huller.

Udvidelse af sine sorte hul-løsninger gennem en tidsvendende invariant forvandlede det sorte huls singularitet til en hvid huls singularitet - et område, der ville skubbe stof ud i stedet for at trække det ind.

I forbindelse med fysik betyder tidsvending at forestille sig et scenarie, hvor tiden flyder baglæns og vender begivenhedernes rækkefølge.

Schwarzschilds løsning på Einsteins ligninger beskriver en punktsingularitet omgivet af en begivenhedshorisont.

Einsteins generelle relativitetsteori

Einsteins generelle relativitetsteori er en teori om tyngdekraft, der beskriver den ikke som en kraft mellem objekter, som Newtons teori, men som en krumning af rum og tid, som masse og energi forårsager.

Ifølge denne generelle relativitetsteori bøjer planeter, stjerner og andre massive objekter rummet omkring dem, og denne bøjning af rummet er, hvad vi opfatter som tyngdekraften.

I det væsentlige bevæger objekter sig langs disse bøjninger i rummet, hvilket for eksempel er grunden til, at Jorden kredser om solen.

Hvad er en punktsingularitet?

En punktsingularitet er et sted i rummet, hvor visse mængder (såsom tæthed eller tyngdekraft) bliver uendeligt store.

I enklere vendinger er det ligesom et punkt, hvor alt, hvad vi kan forestille os i hele universet - inklusive selve fysikkens love - bryder sammen, fordi alt er knust ind i et ufatteligt lille rum.

Fysikere bruger ofte dette koncept til at beskrive kernen af ​​et sort hul, hvor hele dets masse er koncentreret i et enkelt punkt.

Hvad er en begivenhedshorisont?

En begivenhedshorisont er i bund og grund en grænse omkring et sort hul, som intet kan undslippe – ikke engang lys.

Tænk på det som et point of no return; når noget krydser denne grænse, trækkes det ind i det sorte hul uden nogen chance for at komme ud. Dette gør begivenhedshorisonten til det yderste lag af et sort hul, og definerer grænsen, hvor dets tyngdekraft bliver for stærkt til, at noget kan undslippe.

Som Schwarzschild teoretiserede, bliver denne begivenhedshorisont i det mærkelige tilfælde af tidsvending, såsom i et hvidt hul, en grænse, hvorfra stof og lys kun kan undslippe, ikke blive absorberet.

Kvanteovervejelser af hvide huller

Når du betragter hvide huller som begreber inden for klassisk og kvantetyngdekraft, udvides disse ideer endnu mere.

Kvantemekanik forudsiger sammen med teorier om kvantetyngdekraft fænomener som Hawking-stråling, hvor sorte huller udsender stråling på grund af kvanteeffekter nær begivenhedshorisonten.

Ved at anvende tidsreversering på disse processer spekulerer nogle forskere i, at hvide huller på samme måde kunne udsende stof og lys som en fysisk proces, der spejler Hawking-stråling.

Findes der hvide huller?

Spørgsmålet om, hvorvidt der findes hvide huller, er fyldt med udfordringer. Ingen observationsbeviser understøtter direkte eksistensen af ​​sådanne objekter i det observerbare univers.

Teoretisk fysik tilbyder dog scenarier, hvor hvide huller teoretisk kunne opstå. En mulighed er under kosmisk inflation eller et "big bang" i det tidlige univers, hvor ekstrem ekspansion kunne have strakt områder af rum-tid for at skabe hvide huller.

En anden spændende idé er big bounce-teorien, som antyder, at vores univers begyndte som et hvidt hul dannet af resterne af et kollapsende moderunivers.

Loop Quantum Gravity Theory

Andrew Hamilton, en astrofysiker, foreslår, at hvis hvide huller eksisterer, kan de være rester af supermassive sorte huller, der undergik en kvantegravitationel transformation, og vendte deres roller fra at absorbere til at udstøde masse og energi. Denne teori kaldes loop quantum gravity.

Denne transformation kan potentielt forekomme under påvirkning af mørk energi eller mørkt stof, som vides at påvirke universet. Men fysikere har stadig ikke en klar forståelse af, hvordan mørkt stof interagerer med fundamentale partikler.

Forbindelser til andre teoretiske rammer

At udforske begrebet hvide huller berører flere andre områder af fysikken. For eksempel kan gravitationslinser - et fænomen, hvor lys bøjer sig omkring massive genstande som sorte huller - på samme måde gælde for hvide huller og ændre vores opfattelse af rummet bag dem.

Ydermere forbinder ideen om et babyunivers, potentielt født fra de ydre lag af et forældreunivers gennem et hvidt hul, dybt med multiverseteorien, hvilket tyder på, at vores univers kun kunne være et af mange.

Hvide huller udfordrer også vores forståelse af termisk ligevægt i universet.

Da de udsender i stedet for at absorbere energi og stof, kunne de teoretisk set tjene som kosmiske frø, sprede energitæthed og fundamentale partikler hen over universet og derved påvirke dannelsen og udviklingen af ​​galakser på måder, der er fundamentalt forskellige fra sorte huller.

Vi oprettede denne artikel i forbindelse med AI-teknologi og sørgede derefter for, at den blev faktatjekket og redigeret af en HowStuffWorks-redaktør.