Upptäckte vi ett vitt hål?

Ta numret 25. Kvadratroten på 25 kan vara 5, men den kan lika lätt vara -5. Som två lösningar på fältekvationerna rörde både svarta och vita hål och upphetsade forskare vid den tiden, även om bara en fortsatte att vara välkänd. Bild: ESA / V. Beckmann.

Svarta hål är fascinerande monster. De strimlar stjärnor och planeter så massiva som Jupiter, snurrar tillräckligt vilda för att fånga allt i deras mystiska grottor. En gång förbi deras händelsevisont kan inget fly. Man bor till och med i mitten av vår galax och möjligen i mitten av nästan alla galaxer som vi ser hamnade på natthimlen. De är utan tvekan ett av de mest kraftfulla föremålen i universum. Och ändå, så lite som vi vet om dem och så fascinerande som de är, är det deras motsvarigheter som visar sig ännu mer svårfångade och mer spännande att tänka på.

Inte långt efter att Einstein introducerade världen för allmän relativitet i början av 1900-talet, framkom grunden för svarta hål och deras matematiska motsatser - vita hål. Einstein själv förutsåg dem inte; han tyckte att de svarta hålens extrema natur var alltför outlandisk för att undersöka. Men för andra forskare blev de stora intressepunkter.

I själva verket består svarta hål och vita hål av en singularitet (där en enorm mängd massa kondenseras till en liten mängd utrymme) och en händelseshorisont. De är identiska med varandra utom för deras riktning. Medan svarta hål äter materie och låter inget slippa ut, avger vita hål enorma mängder materia och energi, vilket tillåter ingenting att resa inuti dem. De kunde aldrig skrivas in. Om en oförskämd besättning försökte komma in i ett vitt hål, skulle gammastrålarnas stora kraft förstöra dem och deras fartyg. Men även om fartyget var tillräckligt starkt för att motstå den mängden energi, är rymden runt det vita hålet strukturerat så att mängden acceleration som krävs för att komma in blir högre och högre ju närmare du kommer. Kort sagt, att komma in i ett vitt hål kräver mer energi än det finns i hela universum.

Men bara för att ett vitt hål följer allmän relativitet och är matematiskt ljud betyder det inte att det är praktiskt. Många forskare kallar vita hål "en omöjlig möjlighet", vilket betyder att även om de inte helt kan uteslutas, förväntar de sig inte att se dem i våra teleskoper. Detta beror på att detta fenomen bryter mot termodynamikens andra lag: entropin i universum måste alltid förbli densamma eller öka.

Entropi beskrivs ofta som kaos men kan förklaras bättre som en ökning av hur många tillstånd som är möjliga för partiklar i ett visst system. Till exempel är ett hus som rivs till spillror en ökning av entropin eftersom det kan byggas på många andra strukturer - skjul, bokhyllor, högar och papper - medan ett hus bara är ett mycket specifikt tillstånd för dessa partiklar. Små, lokala minskningar av entropi kan förekomma så länge universumets totala entropi ökar. Svarta hål är utmärkta för det här eftersom de tar materien låg entropi, till exempel planeter, och sprider dem över stora utrymmen över tid, vilket ökar rymdets kaos. Vita hål, med deras utgångar av materia, bryter mot denna lag eftersom de skulle minska den totala entropin. Det är också därför fysiker hävdar att tiden inte kan gå bakåt.

Men detta gör fortfarande inte vita hål omöjliga.

Stephen Hawking visade att svarta hål kastade sin massa över tid, vilket tyder på att information inte kan förvaras inuti dem. Men om den informationen inte kan förstöras, var går den? Det är där vita hål kommer in. Illustration av ett supermassivt svart hål: NASA.

Ett sällsynt dopp i entropi kan tillfälligt vända tiden och bilda ett vitt hål. Det enda problemet är att när en gång återupptog sin normala gång skulle det vita hålet explodera och försvinna i en kraftfull bristning av energi. Vissa forskare spekulerar i att det är exakt det som skapade vårt universum; Big Bang ser matematiskt mycket ut som ett vitt hål, den enda skillnaden är att Big Bang inte hade någon singularitet och i stället inträffade överallt på samma gång. Men det skulle förklara varför så mycket materia och energi plötsligt dök upp.

Vissa forskare har citerat vita hål som ett svar på informationsparadoxen om svarthålet - en motsägelse som säger att information som sväljs av ett svart hål förloras permanent under Hawking-strålning men att detta skulle bryta mot en kvantmekaniklagar som säger att ingen information någonsin kan förstöras.

Om ett svart hål var anslutet till ett vitt hål, skulle all materia och energi som förbrukas av det svarta hålet komma ut från det vita hålet antingen i en annan del av universum eller i ett annat universum helt. Detta skulle lösa frågan om bevarande av information. Hawking stödde denna teori under många år.

På liknande sätt föreslog ett team under ledning av teoretisk fysiker Carlo Rovelli att när svarta hål inte längre kunde avdunsta och krympa på grund av tidens begränsningar, skulle det svarta hålet sedan uppleva en kvantstopp (ett utåt tryck) och förvandlas till ett vitt hål. Detta innebär att svarta hål blir vita hål nästan när de bildas. Emellertid fortsätter externa observatörer att se ett svart hål i miljarder år på grund av allvarens tidsutvidgning. Om denna teori är korrekt, kan svarta hål som bildades under de första åren av universum vara redo att dö och brista i kosmiska strålar eller någon annan form av strålning när som helst.

Faktum är att vi kanske redan har sett en.

Platsen för GRB 060614. Denna explosion var biljoner gånger starkare än solen. Bild: Hubble Space Telescope

På en lugn sommardag 2006 fångade NASA: s Swift-satellit en exceptionellt kraftfull gammastrålningsbrast (kallad GRB 060614) i en mycket konstig himmelregion. Medan dessa typer av skurar ingår i en av två kategorier - kort skur och lång skur - och vanligtvis förknippas med en supernova, gjorde GRB 060614 inte heller. Det varade i anmärkningsvärda 102 sekunder men var inte förknippat med någon stjärnexplosion. De flesta gammastrålar brister för jämförelse bara 2–30 sekunder.

GRB 060614 ägde rum i en galax som hade mycket få stjärnor som kunde producera explosioner eller långa skurar. Det verkar för astronomer och astrofysiker att denna gammastrålningsbrist kom från ingenstans och helt enkelt kollapsade på sig själv efter bara några korta stunder. Några år senare introducerade forskare hypotesen att GRB 060614 kunde ha varit ett vitt hål. Detta beskriver trots allt perfekt vad vi skulle förvänta oss att se från ett vitt hål - en kraftfull, instabil fontän av materia och energi som försvinner strax efter bildningen, vanligtvis från en punkt för liten för att se. Och även om det inte går att dra slutsatsen att GRB 060614 i själva verket var ett så fantastiskt fenomen, har nuvarande vetenskapliga modeller ingen förklaring till vad som hände. NASA-forskare tror att något helt nytt var ansvarigt för gammastrålningen, med många som medger att trots att de ägnade mycket tid åt observation och data, de helt enkelt inte vet vad som kunde ha orsakat det. Sedan upptäckten 2006 har dussintals teleskop, inklusive Hubble, studerat händelsen.

För tillfället kan ingen med säkerhet säga att vi har sett dessa fantastiska föremål i vårt universum. Men vi kan säga detta: generell relativitet bryts ned vid ett svart hols singularitet. Energitäthet och krökning tillåter helt enkelt inte att relativ relativitet är en bra beskrivning av vad som händer i ett svart hål. Det är inte förrän vi har en mer fullständig förståelse av fysiken att vi kan utesluta föremål som vita hål och maskhål som lever, för tillfället, bara i vår science fiction. Men jag antar att det är viktigt att lägga till att svarta hål vid en tidpunkt också ansågs fiktion.