LUBANG PUTIH: SEJARAH, TEORI DAN BAGAIMANA IA TERBENTUK - FIZIKAL - 2025

The lubang putih adalah ketunggalan ruang - masa, yang dipunyai oleh penyelesaian tepat bagi persamaan kerelatifan am. Keunikan ini mempunyai apa yang disebut cakerawala peristiwa. Ini bererti adanya penghalang, yang tidak ada apa-apa yang dapat menembusi dari luar dari lubang luar. Secara teorinya, lubang putih adalah keunikan yang berlaku pada masa lalu.

Pada masa ini tidak ada yang dapat memerhatikannya. Tetapi ada kemungkinan kita berhutang dengan keberadaan kita yang paling istimewa: Big Bang 13.8 bilion tahun yang lalu dapat dianggap sebagai peristiwa yang disebabkan oleh lubang putih supermasif.

Jisim besar seperti planet dapat melengkung ruang-waktu. Sumber: Mysid

Teori relativiti umum menganggap bahawa ruang-waktu boleh cacat oleh kesan pecutan atau dengan adanya objek besar-besaran. Ini adalah teori yang sama yang meramalkan adanya lubang hitam, di mana lubang putih akan menjadi rakan sejawatnya. Oleh itu, kewujudan ini dianggap sama.

Sekarang, untuk membentuk satu-satu ruang-waktu diperlukan mekanisme fizikal. Dalam kes lubang hitam, penyebabnya adalah keruntuhan graviti bintang supermasif.

Tetapi mekanisme fizikal yang dapat membentuk singularitas seperti lubang putih belum diketahui. Walaupun calon sudah tentu muncul untuk menjelaskan kemungkinan latihan mereka, seperti yang akan dilihat tidak lama lagi.

Perbezaan antara lubang hitam dan lubang putih

Banyak lubang hitam yang diketahui adalah sisa-sisa bintang supergiant yang mengalami keruntuhan dalaman.

Apabila itu berlaku, daya gravitasi meningkat sehingga tidak ada yang mendekati yang dapat melepaskan diri dari pengaruhnya, bahkan tidak ringan.

Itulah sebabnya lubang hitam mampu menelan segala yang jatuh ke dalamnya. Sebaliknya, tidak ada yang dapat memasuki lubang putih, semuanya akan ditolak atau ditolak darinya.

Adakah kewujudan objek seperti itu mungkin? Bagaimanapun, lubang hitam kekal lama sebagai penyelesaian matematik untuk persamaan medan Einstein, sehingga ia dapat dikesan berkat kesan graviti dan radiasi yang mereka buat di persekitaran mereka, dan baru-baru ini difoto.

Sebaliknya, lubang putih masih tersembunyi dari ahli kosmologi, jika ia benar-benar wujud.

Sejarah penemuannya

Teori kewujudan lubang putih bermula dari karya Karl Schwarzschild (1873-1916), seorang ahli fizik Jerman dan yang pertama menemui penyelesaian tepat untuk persamaan bidang relativistik Albert Einstein.

Untuk melakukan ini, dia mengembangkan model dengan simetri sfera yang penyelesaiannya mempunyai keunikan, yang tepatnya adalah lubang hitam dan sejenisnya yang putih.

Karya Schwarzschild tidak begitu popular, mungkin pernah diterbitkan semasa Perang Dunia Pertama. Diperlukan beberapa tahun untuk dua ahli fizik menggunakannya secara bebas pada tahun 1960-an.

Pada tahun 1965 ahli matematik Igor Novikov dan Yuval Ne'eman menganalisis penyelesaian Schwarzschild, tetapi menggunakan sistem koordinat yang berbeza.

Pada masa itu istilah lubang putih belum diciptakan. Sebenarnya, mereka dikenali sebagai "inti ketinggalan", dan dianggap tidak stabil.

Namun, sebagai rakan sejawat lubang hitam, para penyelidik berusaha mencari objek fizikal yang sifatnya sesuai dengan yang diramalkan untuk lubang putih.

Quasar dan lubang putih

Para penyelidik percaya bahawa mereka menemukannya dalam kuarsar, objek paling terang di Alam Semesta. Ini memancarkan aliran radiasi yang kuat yang dapat dikesan oleh teleskop radio, sama seperti lubang putih.

Namun, tenaga quasar akhirnya diberikan penjelasan yang lebih layak, berkaitan dengan lubang hitam di pusat galaksi. Oleh itu, lubang putih kembali menjadi entiti matematik abstrak.

Jadi walaupun diketahui, lubang putih mendapat perhatian lebih sedikit daripada lubang hitam. Ini bukan hanya disebabkan oleh fakta bahawa mereka diyakini tidak stabil, yang meragukan keberadaan mereka yang sebenarnya, tetapi juga kerana tidak ada hipotesis yang munasabah mengenai kemungkinan asal usul mereka.

Sebaliknya, lubang hitam muncul dari keruntuhan bintang secara graviti, fenomena fizikal yang telah didokumentasikan dengan baik.

Kemungkinan terdapat lubang putih

Penyelidik yakin bahawa mereka akhirnya dapat mengesan lubang putih dalam fenomena yang disebut GRB 060614, yang berlaku pada tahun 2006. Fenomena ini telah dicadangkan sebagai penampilan lubang putih yang pertama kali didokumentasikan.

GRB 060614 adalah letupan sinar gamma yang dikesan oleh Neil Gehrels 'Swift Observatory pada 14 Jun 2006, dengan sifat yang pelik. Ia mencabar konsensus saintifik yang telah dibuat sebelumnya mengenai asal-usul ledakan sinar gamma dan lubang hitam.

Big Bang, yang diyakini oleh beberapa orang adalah lubang putih supermasif, mungkin merupakan hasil dari lubang hitam supermasif, di tengah-tengah galaksi yang tidak diketahui yang terletak di alam semesta induk kita.

Salah satu kesukaran untuk memerhatikan lubang putih adalah bahawa semua bahan dikeluarkan daripadanya dalam satu nadi. Jadi lubang putih tidak mempunyai kesinambungan yang diperlukan untuk diperhatikan, sementara lubang hitam mempunyai ketekunan yang cukup untuk dilihat.

Teori

Einstein berpendapat bahawa jisim, masa, dan panjang sangat bergantung pada kecepatan kerangka rujukan di mana ia diukur.

Di samping itu, masa dianggap sebagai satu lagi pemboleh ubah, dengan kepentingan yang sama dengan pemboleh ubah spasial. Oleh itu, ruang-waktu disebut sebagai entiti di mana setiap peristiwa dan semua peristiwa berlaku.

Perkara berinteraksi dengan kain ruang-waktu dan mengubahnya. Einstein menerangkan bagaimana ini berlaku dengan satu set persamaan 10 tensor, yang dikenali sebagai persamaan medan.

Beberapa konsep penting dalam teori relativiti

Tensor adalah entiti matematik yang membolehkan pemboleh ubah temporal dipertimbangkan pada tahap yang sama dengan pemboleh ubah spasial. Vektor yang terkenal seperti daya, halaju dan pecutan adalah sebahagian daripada set entiti matematik yang diperluas ini.

Aspek matematik persamaan Einstein juga melibatkan konsep seperti metrik, iaitu jarak dalam ruang dan masa yang memisahkan dua peristiwa dekat yang tidak terhingga.

Dua titik dalam masa ruang adalah sebahagian daripada lengkung yang disebut geodesi. Titik-titik ini bersatu jarak ruang-waktu. Perwakilan ruang-waktu seperti itu diperhatikan dalam gambar berikut:

Bentuk kerucut ditentukan oleh kelajuan cahaya c, yang merupakan pemalar di semua bingkai rujukan. Semua acara mesti berlaku di dalam kerucut. Sekiranya ada peristiwa di luar mereka, tidak ada cara untuk mengetahui, kerana maklumat harus bergerak lebih cepat daripada cahaya yang dapat dirasakan.

Persamaan bidang Einstein mengakui penyelesaian dengan dua kesamaan di kawasan kosong (iaitu, tanpa jisim). Salah satu keunikannya adalah lubang hitam dan yang lain adalah lubang putih. Untuk keduanya ada cakrawala peristiwa, yang merupakan batas sfera radius terhingga yang mengelilingi singularitas.

Sekiranya terdapat lubang hitam, tidak ada yang boleh keluar dari kawasan ini. Dan di dalam lubang putih, cakerawala peristiwa adalah penghalang yang tidak dapat ditembusi dari luar. Penyelesaian lubang hitam dalam vakum berada di kerucut cahaya di masa depan, sementara larutan lubang putih berada di rantau kon cahaya yang lalu.

Penyelesaian persamaan Einstein yang merangkumi lubang hitam sebenar memerlukan kehadiran jirim, dan dalam hal ini penyelesaian yang mengandungi lubang putih hilang. Oleh itu, disimpulkan bahawa sebagai penyelesaian matematik, dalam teori penyelesaian tunggal tanpa jirim, lubang putih memang wujud. Tetapi ini tidak berlaku apabila jirim dimasukkan ke dalam persamaan Einstein.

Bagaimana lubang putih terbentuk?

Pada tahun 2014, ahli fizik teori Carlo Rovelli dan pasukannya di University of Aix-Marseille di Perancis mencadangkan agar lubang putih dapat timbul dari kematian lubang hitam.

Seawal tahun 1970-an, pakar terkemuka untuk lubang hitam, Stephen Hawking, mengira bahawa lubang hitam kehilangan jisim melalui pelepasan radiasi Hawking.

Pengiraan oleh Rovelli dan pasukannya menunjukkan bahawa penguncupan kehilangan sinar radiasi dari lubang hitam dapat, pada tahap terakhirnya, menghasilkan lonjakan yang membuat lubang putih.

Tetapi perhitungan Rovelli juga menunjukkan bahawa dalam kasus lubang hitam dengan jisim sama dengan Matahari, ia memerlukan sekitar empat kali ganda kali ganda dari zaman semesta ini untuk membentuk lubang putih.

Lubang putih dan bahan gelap

Satu saat selepas Big Bang, turun naik kepadatan di Alam Semesta yang berkembang pesat mampu menghasilkan lubang hitam primordial (tanpa memerlukan keruntuhan bintang).

Lubang hitam primordial ini banyak, jauh lebih kecil daripada lubang asal dan dapat menguap sehingga mati untuk memberi jalan ke lubang putih pada masa yang termasuk dalam kehidupan Alam Semesta.

Lubang putih mikroskopik boleh menjadi sangat besar. Sebagai contoh, satu ukuran sebutir debu mungkin mempunyai jisim yang lebih besar daripada Bulan.

Pasukan Rovelli bahkan menunjukkan bahawa lubang putih mikroskopik ini dapat menjelaskan perkara gelap, satu lagi misteri kosmologi yang paling penting.

Lubang putih mikroskopik tidak akan memancarkan sinaran; dan kerana mereka lebih kecil dari satu panjang gelombang, ia berubah menjadi tidak kelihatan. Ini boleh menjadi alasan lain yang akan menjelaskan mengapa mereka belum dapat dikesan.

Rujukan

1. Battersby, S. 2010. Lubang hitam abadi adalah peti keselamatan kosmik utama. Dipulihkan dari: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Lubang Putih mungkin merupakan bahan rahsia dalam perkara gelap yang misterius. Dipulihkan dari: space.com.
3. Fraser, C. 2015. Apakah lubang putih itu ?. Dipulihkan dari: phys.org.
4. Sarjana, Karen. 2015. Apakah lubang putih itu ?. Dipulihkan dari curious.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Lubang putih. Dipulihkan dari: wikiwand.com