Svarta hål har länge hållit rampljuset som himmelska föremål som ingenting, inte ens ljus, kan fly från. Men teoretiska fysiker föreslår en mindre förstådd men lika fascinerande motsvarighet:det vita hålet .
Till skillnad från svarta hål, som attraherar materia, skulle vita hål stöta bort den.
Innehåll
Inom astrofysik representerar ett vitt hål ett teoretiskt fenomen där materia och ljus skulle komma från, snarare än att dras in i, ett visst område i rymden. Det är raka motsatsen till ett svart hål.
Du kanske redan vet att ett svart hål är ett område i rymden där gravitationen är så stark att flykthastigheten överstiger ljusets hastighet, vilket gör det omöjligt för ljus att fly.
Flykthastighet hänvisar till den hastighet en sak skulle behöva resa för att kunna undkomma gravitationsfältet på en planet, till exempel jorden, och istället resa utåt i rymden.
Idén om ett vitt hål har sina rötter i Schwarzschilds svarta hålslösning, uppkallad efter den tyske fysikern och astronomen Karl Schwarzschild, som formulerade den som svar på Einsteins allmänna relativitetsteori.
När Schwarzschild formulerade ekvationer som beskrev svarta hål, fann han att vita hål kunde existera under samma fysiklagar som styr svarta hål.
Genom att utvidga sina svarta hålslösningar genom en invariant tidsomkastning förvandlades det svarta hålets singularitet till en singularitet för det vita hålet - ett område som skulle skjuta ut materia snarare än att dra in det.
I fysiksammanhang betyder tidsomkastning att man föreställer sig ett scenario där tiden flyter bakåt och vänder på händelseförloppet.
Schwarzschilds lösning på Einsteins ekvationer beskriver en punktsingularitet omgiven av en händelsehorisont.
Einsteins allmänna relativitetsteori är en teori om gravitation, som inte beskriver den som en kraft mellan objekt, som Newtons teori, utan som en krökning av rum och tid som massa och energi orsakar.
Enligt denna allmänna relativitetsteori böjer planeter, stjärnor och andra massiva objekt rymden runt dem, och denna böjning av rymden är vad vi uppfattar som gravitation.
I grund och botten rör sig objekt längs dessa krökar i rymden, vilket till exempel är anledningen till att jorden kretsar runt solen.
En punktsingularitet är en plats i rymden där vissa kvantiteter (som densitet eller gravitation) blir oändligt stora.
I enklare termer är det som en punkt där allt vi kan föreställa oss i hela universum – inklusive fysikens lagar – går sönder eftersom allt krossas i ett ofattbart litet utrymme.
Fysiker använder ofta detta koncept för att beskriva kärnan i ett svart hål, där all dess massa är koncentrerad till en enda punkt.
En händelsehorisont är i grunden en gräns runt ett svart hål bortom vilket ingenting kan fly — inte ens ljus.
Tänk på det som en punkt utan återvändo; när något passerar den här gränsen, dras det in i det svarta hålet utan någon chans att ta sig ut. Detta gör händelsehorisonten till det yttersta lagret av ett svart hål, och definierar gränsen där dess gravitationskraft blir för stark för att något ska kunna undkomma.
Som Schwarzschild teoretiserade, i det märkliga fallet med tidsomkastning, som i ett vitt hål, blir denna händelsehorisont en gräns från vilken materia och ljus bara kan fly, inte absorberas.
När du betraktar vita hål som begrepp inom den klassiska och kvantgravitationens värld, expanderar dessa idéer ytterligare.
Kvantmekaniken, tillsammans med teorier om kvantgravitation, förutsäger fenomen som Hawking-strålning, där svarta hål avger strålning på grund av kvanteffekter nära händelsehorisonten.
Genom att tillämpa tidsomkastning på dessa processer spekulerar vissa forskare att vita hål på liknande sätt kan avge materia och ljus som en fysisk process som speglar Hawking-strålning.
Frågan om det finns vita hål är fylld av utmaningar. Inga observationsbevis stödjer direkt existensen av sådana objekt i det observerbara universum.
Men teoretisk fysik erbjuder scenarier där vita hål teoretiskt sett kan uppstå. En möjlighet är under kosmisk inflation, eller en "big bang", i det tidiga universum, där extrem expansion kan ha sträckt ut regioner av rum-tid för att skapa vita hål.
En annan spännande idé är teorin om stora studsar, som antyder att vårt universum började som ett vitt hål bildat av resterna av ett kollapsande moderuniversum.
Andrew Hamilton, en astrofysiker, föreslår att om vita hål existerar kan de vara rester av supermassiva svarta hål som genomgick en kvantgravitationell transformation, vilket vänder om deras roll från att absorbera till att driva ut massa och energi. Denna teori kallas loop quantum gravity.
Denna omvandling kan potentiellt ske under påverkan av mörk energi eller mörk materia, som är kända för att påverka universum. Men fysiker har fortfarande ingen klar förståelse för hur mörk materia interagerar med fundamentala partiklar.
Att utforska konceptet med vita hål berör flera andra områden inom fysiken. Till exempel kan gravitationslinser – ett fenomen där ljus böjer sig runt massiva föremål som svarta hål – tillämpas på vita hål, vilket förändrar vår uppfattning om rymden bakom dem.
Dessutom hänger idén om ett babyuniversum, potentiellt född från de yttre lagren av ett föräldrauniversum genom ett vitt hål, djupt samman med multiversumteorin, vilket tyder på att vårt universum bara kan vara ett av många.
Vita hål utmanar också vår förståelse av termisk jämvikt i universum.
Eftersom de avger snarare än absorberar energi och materia, skulle de teoretiskt kunna fungera som kosmiska frön, sprida energitäthet och fundamentala partiklar över universum och därigenom påverka bildandet och utvecklingen av galaxer på sätt som är fundamentalt annorlunda än svarta hål.
Vi skapade den här artikeln i samband med AI-teknik, och såg sedan till att den var faktagranskad och redigerad av en HowStuffWorks-redaktör.
