WEISSES LOCH: GESCHICHTE, THEORIE UND WIE SIE ENTSTEHT - KÖRPERLICH - 2025

Das Weiße Loch ist eine Singularität von Raum - Zeit, die zu den exakten Lösungen der Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie gehört. Diese Singularitäten haben einen sogenannten Ereignishorizont. Dies bedeutet das Vorhandensein einer Barriere, in die in einem weißen Loch nichts von außen eindringen kann. Theoretisch ist ein Weißes Loch eine Singularität, die in die Vergangenheit geht.

Im Moment konnte niemand etwas beobachten. Aber es ist möglich, dass wir unsere Existenz dem Besondersten von allen verdanken: Der Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren kann als ein Ereignis angesehen werden, das durch ein supermassives Weißes Loch verursacht wird.

Eine große Masse wie ein Planet kann die Raumzeit verzerren. Quelle: Mysid

Die allgemeine Relativitätstheorie geht davon aus, dass die Raumzeit durch den Effekt der Beschleunigung oder durch das Vorhandensein massereicher Objekte deformiert werden kann. Es ist dieselbe Theorie, die die Existenz von Schwarzen Löchern vorhergesagt hat, von denen weiße Löcher das Gegenstück sein würden. Daher wird die Existenz dieser als gleichermaßen möglich angesehen.

Um die Raum-Zeit-Singularität zu bilden, ist nun ein physikalischer Mechanismus erforderlich. Bei Schwarzen Löchern ist bekannt, dass die Ursache der Gravitationskollaps eines supermassiven Sterns ist.

Der physikalische Mechanismus, der eine weißlochähnliche Singularität bilden könnte, ist jedoch noch nicht bekannt. Obwohl sicherlich Kandidaten aufgetaucht sind, um ihre mögliche Ausbildung zu erklären, wie in Kürze zu sehen sein wird.

Unterschiede zwischen Schwarzen und Weißen Löchern

Viele der bekannten Schwarzen Löcher sind die Überreste eines Überriesensterns, der einen inneren Zusammenbruch erlitten hat.

Wenn dies geschieht, nehmen die Gravitationskräfte so stark zu, dass nichts, was nahe kommt, seinem Einfluss entgehen kann, nicht einmal Licht.

Deshalb können Schwarze Löcher alles verschlucken, was in sie fällt. Im Gegenteil, nichts könnte in ein weißes Loch eindringen, alles würde abgelehnt oder abgestoßen werden.

Ist die Existenz eines solchen Objekts möglich? Immerhin blieben Schwarze Löcher lange Zeit eine mathematische Lösung für Einsteins Feldgleichungen, bis sie dank der Gravitations- und Strahlungseffekte, die sie in ihrer Umgebung verursachen, entdeckt und kürzlich fotografiert wurden.

Im Gegensatz dazu sind die weißen Löcher den Kosmologen immer noch verborgen, wenn sie wirklich existieren.

Geschichte seiner Entdeckung

Die Theorie der Existenz weißer Löcher ging von Karl Schwarzschild (1873-1916) aus, einem deutschen Physiker, der als erster eine genaue Lösung für Albert Einsteins relativistische Feldgleichungen fand.

Zu diesem Zweck entwickelte er ein Modell mit sphärischer Symmetrie, dessen Lösungen Singularitäten aufweisen, die genau schwarze Löcher und ihre weißen Gegenstücke sind.

Schwarzschilds Werk war nicht gerade populär, vielleicht wurde es während des Ersten Weltkriegs veröffentlicht. Es dauerte einige Jahre, bis zwei Physiker es in den 1960er Jahren unabhängig voneinander aufnahmen.

1965 analysierten die Mathematiker Igor Novikov und Yuval Ne'eman die Schwarzschild-Lösungen, jedoch unter Verwendung eines anderen Koordinatensystems.

Zu diesem Zeitpunkt war der Begriff Weißes Loch noch nicht geprägt worden. Tatsächlich waren sie als "nacheilende Kerne" bekannt und wurden als instabil angesehen.

Als Gegenstück zu Schwarzen Löchern versuchten die Forscher jedoch, ein physikalisches Objekt zu finden, dessen Natur mit der für Weiße Löcher vorhergesagten kompatibel war.

Quasare und weiße Löcher

Die Forscher glaubten, sie fanden es in Quasaren, den hellsten Objekten im Universum. Diese senden einen intensiven Strahlungsfluss aus, der von Radioteleskopen erfasst werden kann, so wie es ein weißes Loch tun sollte.

Die Energie von Quasaren wurde jedoch schließlich praktikabler erklärt, was mit Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien zusammenhängt. Und so waren die weißen Löcher wieder abstrakte mathematische Einheiten.

Obwohl sie bekannt sind, haben weiße Löcher viel weniger Aufmerksamkeit erhalten als schwarze Löcher. Dies liegt nicht nur daran, dass sie als instabil gelten, was ihre tatsächliche Existenz in Zweifel zieht, sondern auch daran, dass es keine vernünftige Hypothese über ihre mögliche Herkunft gibt.

Im Gegensatz dazu entstehen Schwarze Löcher durch den Gravitationskollaps von Sternen, ein physikalisches Phänomen, das gut dokumentiert wurde.

Mögliches Auffinden eines weißen Lochs

Die Forscher sind überzeugt, dass sie endlich ein weißes Loch in einem Phänomen namens GRB 060614 entdeckt haben, das 2006 auftrat. Dieses Phänomen wurde als erstes dokumentiertes Auftreten eines weißen Lochs vorgeschlagen.

GRB 060614 war ein Gammastrahlenausbruch, der am 14. Juni 2006 vom Neil Observator Swift Observatory mit besonderen Eigenschaften nachgewiesen wurde. Es stellte einen zuvor gehaltenen wissenschaftlichen Konsens über die Entstehung von Gammastrahlenausbrüchen und Schwarzen Löchern in Frage.

Der Urknall, von dem einige glauben, dass er ein supermassives Weißes Loch war, könnte wiederum das Ergebnis eines supermassiven Schwarzen Lochs im Herzen einer unbekannten Galaxie in unserem Elternuniversum gewesen sein.

Eine der Schwierigkeiten bei der Beobachtung eines Weißen Lochs besteht darin, dass alle Materie in einem einzigen Impuls aus ihm ausgestoßen wird. Dem weißen Loch fehlt also die notwendige Kontinuität, um beobachtet zu werden, während schwarze Löcher eine ausreichende Persistenz aufweisen, um gesehen zu werden.

Theorie

Einstein postuliert, dass Masse, Zeit und Länge eng von der Geschwindigkeit des Referenzrahmens abhängen, in dem sie gemessen werden.

Darüber hinaus wird die Zeit als eine weitere Variable mit derselben Bedeutung wie die räumlichen Variablen betrachtet. Raum-Zeit wird also als eine Einheit bezeichnet, in der jedes Ereignis und alle Ereignisse stattfinden.

Materie interagiert mit dem Raum-Zeit-Gefüge und verändert es. Einstein beschreibt, wie dies mit einem Satz von 10 Tensorgleichungen geschieht, die als Feldgleichungen bekannt sind.

Einige wichtige Konzepte in der Relativitätstheorie

Tensoren sind mathematische Einheiten, mit denen die zeitliche Variable auf derselben Ebene wie die räumlichen Variablen betrachtet werden kann. Die bekannten Vektoren wie Kraft, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind Teil dieses erweiterten Satzes mathematischer Einheiten.

Der mathematische Aspekt von Einsteins Gleichungen umfasst auch Konzepte wie die Metrik, dh die räumliche und zeitliche Entfernung, die zwei infinitesimal nahe Ereignisse trennt.

Zwei Punkte in der Raumzeit sind Teil einer Kurve, die als geodätisch bezeichnet wird. Diese Punkte sind in Raum-Zeit-Entfernung vereint. Eine solche Darstellung der Raumzeit ist in der folgenden Abbildung zu sehen:

Die Form des Kegels wird durch die Lichtgeschwindigkeit c bestimmt, die in allen Referenzrahmen eine Konstante ist. Alle Veranstaltungen müssen innerhalb der Zapfen stattfinden. Wenn es Ereignisse außerhalb von ihnen gibt, gibt es keine Möglichkeit zu wissen, da Informationen schneller als Licht wahrgenommen werden sollten, um wahrgenommen zu werden.

Einsteins Feldgleichungen lassen eine Lösung mit zwei Singularitäten in einer leeren Region (dh ohne Masse) zu. Eine dieser Singularitäten ist ein Schwarzes Loch und die andere ist ein Weißes Loch. Für beide gibt es einen Ereignishorizont, der eine sphärische Grenze mit endlichem Radius ist, die die Singularität umgibt.

Bei Schwarzen Löchern kann nichts, nicht einmal Licht, aus dieser Region herauskommen. Und in weißen Löchern ist der Ereignishorizont eine Barriere, in die von außen nichts eindringen kann. Die Schwarzlochlösung im Vakuum befindet sich im Lichtkegel der Zukunft, während sich die Weißlochlösung im vergangenen Bereich des Lichtkegels befindet.

Die Lösungen von Einsteins Gleichungen, die ein echtes Schwarzes Loch enthalten, erfordern das Vorhandensein von Materie, und in diesem Fall verschwindet die Lösung, die das Weiße Loch enthält. Daher wird der Schluss gezogen, dass als mathematische Lösung in der Theorie der singulären Lösungen ohne Materie weiße Löcher existieren. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn Materie in Einsteins Gleichungen enthalten ist.

Wie entsteht ein weißes Loch?

Der theoretische Physiker Carlo Rovelli und sein Team an der Universität von Aix-Marseille in Frankreich schlugen 2014 vor, dass weiße Löcher durch den Tod eines schwarzen Lochs entstehen können.

Bereits in den 1970er Jahren berechnete der führende Experte für Schwarze Löcher, Stephen Hawking, dass ein Schwarzes Loch durch die Emission von Hawking-Strahlung an Masse verliert.

Berechnungen von Rovelli und seinem Team zeigen, dass eine solche Strahlungsverlustkontraktion eines Schwarzen Lochs im Endstadium einen Sprung erzeugen könnte, der ein weißes Loch erzeugt.

Rovellis Berechnungen zeigen aber auch, dass es im Fall eines Schwarzen Lochs mit einer Masse, die der der Sonne entspricht, ungefähr eine Billiarde Mal das aktuelle Alter des Universums dauern würde, um ein Weißes Loch zu bilden.

Weiße Löcher und dunkle Materie

Eine Sekunde nach dem Urknall konnten Dichteschwankungen in einem schnell wachsenden Universum ursprüngliche Schwarze Löcher erzeugen (ohne dass ein Sternenkollaps erforderlich war).

Diese ursprünglichen schwarzen Löcher sind viele, viele kleiner als jene stellaren Ursprungs und können verdampfen, bis sie sterben, um in einer Zeit, die im Leben des Universums enthalten ist, einem weißen Loch Platz zu machen.

Mikroskopische weiße Löcher können sehr massiv sein. Zum Beispiel kann einer von der Größe eines Staubkorns eine größere Masse haben als der Mond.

Rovellis Team schlägt sogar vor, dass diese mikroskopisch kleinen weißen Löcher die Dunkle Materie erklären können, ein weiteres der wichtigsten kosmologischen Geheimnisse.

Mikroskopische weiße Löcher würden keine Strahlung emittieren; und da sie kleiner als eine Wellenlänge sind, erweisen sie sich als unsichtbar. Dies könnte ein weiterer Grund sein, der erklären würde, warum sie noch nicht entdeckt wurden.

Verweise

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