Gravedad [De esferas de cristal a agujeros de gusano] Petrov Alexander Nikolaevich

agujeros de gusano

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Mole cavó recientemente una nueva galería larga bajo tierra desde su vivienda hasta las puertas del ratón de campo y permitió que el ratón y la niña caminaran por esta galería todo el tiempo que quisieran.

Hans Christian Andersen "Pulgarcita"

La idea de los agujeros de gusano pertenece a Albert Einstein y Nathan Rosen (1909-1995). En 1935, demostraron que GR permite los llamados "puentes": pasajes en el espacio a través de los cuales uno puede, al parecer, pasar de una parte del espacio a otra, o de un universo a otro, mucho más rápido que en la forma habitual. . Pero el "puente" de Einstein - Rosen es un objeto dinámico, después de que el observador penetra en él, las salidas se comprimen.

¿Es posible invertir la compresión? Resulta que puedes. Para hacer esto, es necesario llenar el espacio del "puente" con una sustancia especial que evite la compresión. Tales "puentes" se llaman agujeros de gusano, en la versión en inglés: agujeros de gusano(agujeros de gusano).

especial material de agujero de gusano y habitual difieren en que "empujan a través" del espacio-tiempo de diferentes maneras. En el caso de la materia ordinaria, su curvatura (positiva) se asemeja a parte de la superficie de una esfera, y en el caso de la materia especial, la curvatura (negativa) corresponde a la forma de la superficie de la silla de montar. En la fig. 8.6 representa esquemáticamente espacios bidimensionales de curvatura negativa, cero (plana) y positiva. Por lo tanto, para la deformación del espacio-tiempo, que no permitirá que el agujero de gusano se encoja, se necesita materia exótica, que crea repulsión. Las leyes clásicas (no cuánticas) de la física excluyen tales estados de la materia, pero las leyes cuánticas, que son más flexibles, lo permiten. La materia exótica impide la formación de un horizonte de sucesos. Y la falta de un horizonte significa que no solo puedes caer en un agujero de gusano, sino también regresar. La ausencia de un horizonte de sucesos también conduce al hecho de que el viajero, un fanático de los agujeros de gusano, está siempre disponible para los telescopios de los observadores externos, y se puede mantener contacto por radio con él.

Arroz. 8.6. Superficies bidimensionales de diferente curvatura.

Si imaginamos cómo se forman los agujeros negros, entonces cómo se crean los "agujeros de gusano" en era moderna y si se crean en absoluto es completamente confuso. Por otro lado, ahora se acepta casi en general que Etapa temprana El desarrollo del universo de agujeros de gusano fue mucho. Se supone que antes del inicio del Big Bang (del que hablaremos en el próximo capítulo), antes de la expansión, el Universo era una espuma de espacio-tiempo con fluctuaciones de curvatura muy grandes, mezclada con un campo escalar. Las celdas de espuma estaban interconectadas. Y después del Big Bang, estas células podrían permanecer conectadas, lo que puede ser agujeros de gusano en nuestra era. Este tipo de modelo fue discutido en las publicaciones de Wheeler a mediados de la década de 1950.

Arroz. 8.7, Agujero de gusano en un universo cerrado

Entonces, existe una posibilidad fundamental de entrar en un agujero de gusano y salir al exterior en otro punto del universo o en otro universo (Fig. 8.7). Si usa un telescopio lo suficientemente potente como para mirar a través del cuello hacia el interior del agujero de gusano, puede ver la luz del pasado distante y aprender sobre eventos que sucedieron hace varios miles de millones de años. De hecho, la señal del lugar de observación podría deambular por el Universo durante mucho tiempo para entrar en el agujero de gusano por el lado opuesto y salir por el lugar de observación. Y si los agujeros de gusano en realidad surgieron simultáneamente con el nacimiento del Universo, entonces en ese túnel puedes ver el pasado más lejano.

Es desde la posición de los viajes en el tiempo que dos reconocidos científicos, reconocidos expertos en el estudio de los agujeros negros, Kip Thorne del Instituto de Tecnología de California e Igor Novikov del Centro Astroespacial del Instituto de Física Lebedev, publicaron una serie de artículos. a principios de la década de 1980 defendiendo la posibilidad fundamental de crear una máquina del tiempo.

Sin embargo, si uno piensa en novelas de fantasía sobre este tema, cada una afirma que es probable que el viaje en el tiempo sea destructivo. En una teoría seria, resulta que ninguna acción destructiva con la ayuda de la máquina del tiempo de Thorn y Novikov es imposible. Las relaciones de causa y efecto no se violan, todos los eventos ocurren de tal manera que no se pueden cambiar; seguramente habrá un obstáculo que evitará que el viajero del tiempo mate a la "Mariposa de Bradbury".

La entrada a un agujero de gusano puede ser lo más diferentes tamaños, no hay restricciones, desde escalas cósmicas hasta el tamaño, literalmente, de granos de arena. Dado que un agujero de gusano es una especie de pariente de un agujero negro, no debe buscar dimensiones adicionales en su estructura. Si esto es un movimiento en alguna parte, entonces en el lenguaje de la geometría es una topología compleja. Hagamos una pregunta. ¿Cómo encontrar un agujero de gusano? Nuevamente, recuerde que este es un pariente de un agujero negro, entonces cerca del espacio-tiempo debe estar fuertemente curvado. Las manifestaciones (observables y no observables) de tal curvatura se discutieron anteriormente. Sin embargo, son posibles modelos de agujeros de gusano para los que no hay curvatura local. Al acercarse a tal "agujero", el observador no experimentará nada, pero si tropieza con él, caerá como desde un acantilado. Pero tales modelos son los menos preferidos, surgen varias contradicciones y exageraciones.

Recientemente, un grupo de nuestros científicos, Nikolai Kardashev, Igor Novikov y Alexander Shatsky, llegaron a la conclusión de que las propiedades de la materia exótica que sostiene el agujero de gusano son muy similares a las propiedades de los campos magnéticos o eléctricos. Como resultado de la investigación, resultó que la entrada al túnel será muy similar a un monopolo magnético, es decir, un imán con un polo. En el caso de los agujeros de gusano, no existe un monopolo real: un cuello de un agujero de gusano tiene un campo magnético de un signo y el otro tiene un signo diferente, solo el segundo cuello puede estar en otro universo. De una forma u otra, hasta ahora no se han descubierto monopolos magnéticos en el espacio, aunque su búsqueda continúa. Pero en realidad están buscando partículas elementales con tal propiedad. En el caso de los agujeros de gusano, es necesario buscar grandes monopolos magnéticos.

Una de las tareas del observatorio internacional RadioAstron lanzado recientemente es buscar tales monopolos. Esto es lo que dice el director del proyecto Nikolai Kardashev en una de sus entrevistas:

“Con estos observatorios, miraremos dentro de los agujeros negros y veremos si son agujeros de gusano. Si resulta que solo vemos pasar nubes de gas y observamos varios efectos asociados con la gravedad de un agujero negro, por ejemplo, la curvatura de la trayectoria de la luz, entonces será un agujero negro. Si vemos ondas de radio provenientes del interior, quedará claro que no se trata de un agujero negro, sino de un agujero de gusano. Construyamos una imagen del campo magnético usando el efecto Faraday. Hasta ahora, la resolución de los telescopios terrestres no ha sido suficiente para esto. Y si resulta que el campo magnético corresponde a un monopolo, es casi seguro que se trata de un "agujero de gusano". Pero primero tienes que ver.

…Primero, proponemos investigar los agujeros negros supermasivos en los centros de nuestras galaxias y las cercanas. Para el nuestro, este es un objeto muy compacto con una masa de 3 millones de masas solares. Creemos que es un agujero negro, pero también podría ser un agujero de gusano. Hay objetos aún más grandiosos. En particular, en el centro de la galaxia masiva más cercana a nosotros, M 87 en la constelación de Virgo, hay un agujero negro con una masa de 3 mil millones de soles. Estos objetos se encuentran entre los más importantes para la investigación de RadioAstronomía. Pero no solo ellos. Hay, por ejemplo, algunos púlsares que pueden ser dos entradas a un mismo "agujero de gusano". Y el tercer tipo de objetos son los estallidos de radiación gamma, en su lugar también hay una emisión óptica y de radio a corto plazo. Las observamos de vez en cuando, incluso a distancias muy grandes, como en el caso de las galaxias visibles más lejanas. Son muy poderosos, y todavía no entendemos completamente lo que son. En general, ahora se ha preparado un catálogo de mil objetos para la observación”.

Para trabajos de publicación con las ecuaciones básicas de la relatividad general (GR). Más tarde quedó claro que la nueva teoría de la gravedad, que cumple 100 años en 2015, predice la existencia de agujeros negros y túneles espacio-temporales. Lenta.ru hablará sobre ellos.

Que es OTO

La relatividad general se basa en los principios de equivalencia y covarianza general. Primero ( principio débil) significa la proporcionalidad de las masas inercial (asociada con el movimiento) y gravitacional (asociada con la gravitación) y permite (un principio fuerte) en una región limitada del espacio no distinguir entre el campo gravitacional y el movimiento con aceleración. Un ejemplo clásico es el ascensor. Con su movimiento ascendente uniformemente acelerado en relación con la Tierra, el observador ubicado en él no puede determinar si está en un campo gravitatorio más fuerte o si se mueve en un objeto hecho por el hombre.

El segundo principio (covarianza general) asume que las ecuaciones GR conservan su forma bajo transformaciones teoría especial relatividad creada por Einstein y otros físicos en 1905. Las ideas de equivalencia y covarianza llevaron a la necesidad de considerar un único espacio-tiempo, que se curva ante la presencia de objetos masivos. Esto distingue a la relatividad general de la teoría clásica de la gravedad de Newton, donde el espacio siempre es plano.

La relatividad general en cuatro dimensiones incluye seis ecuaciones diferenciales parciales independientes. Para resolverlos (encontrar una forma explícita del tensor métrico que describa la curvatura del espacio-tiempo), es necesario establecer las condiciones de contorno y de coordenadas, así como el tensor de energía-momento. Este último describe la distribución de la materia en el espacio y, por regla general, está asociado con la ecuación de estado utilizada en la teoría. Además, las ecuaciones GR permiten la introducción de una constante cosmológica (término lambda), que a menudo se asocia con la energía oscura y, probablemente, con el campo escalar correspondiente.

Agujeros negros

En 1916, el físico matemático alemán Karl Schwarzschild encontró la primera solución a las ecuaciones GR. Describe el campo gravitacional creado por una distribución de masa centralmente simétrica con carga eléctrica cero. Esta solución contenía el llamado radio gravitacional del cuerpo, que determina las dimensiones de un objeto con una distribución de materia esféricamente simétrica, del cual los fotones (cuantos que se mueven a la velocidad de la luz) no pueden salir. campo electromagnetico).

La esfera de Schwarzschild así definida es idéntica al concepto de horizonte de sucesos, y el objeto masivo limitado por ella es idéntico al concepto de agujero negro. La percepción de un cuerpo acercándose a él en el marco de la relatividad general difiere según la posición del observador. Para un observador conectado con el cuerpo, alcanzar la esfera de Schwarzschild ocurrirá en un tiempo propio finito. Para un observador externo, la aproximación del cuerpo al horizonte de eventos tomará un tiempo infinito y se verá como su caída ilimitada sobre la esfera de Schwarzschild.

Los físicos teóricos soviéticos también contribuyeron a la teoría de las estrellas de neutrones. En el artículo de 1932 "Sobre la teoría de las estrellas", Lev Landau predijo la existencia de estrellas de neutrones, y en el trabajo "Sobre las fuentes de la energía estelar", publicado en 1938 en la revista Nature, sugirió la existencia de estrellas con una núcleo de neutrones.

¿Cómo se convierten los objetos masivos en agujeros negros? La respuesta conservadora y actualmente más reconocida a esta pregunta la dieron en 1939 los físicos teóricos Robert Oppenheimer (en 1943 se convirtió en el director científico del Proyecto Manhattan, bajo el cual se creó la primera bomba atómica del mundo en los Estados Unidos) y su estudiante de posgrado. Hartland Snyder.

En la década de 1930, los astrónomos se interesaron por la cuestión del futuro de una estrella si su interior se quedara sin combustible nuclear. Para estrellas pequeñas como el Sol, la evolución conducirá a la transformación en enanas blancas, en las que la fuerza de contracción gravitacional se equilibra con la repulsión electromagnética del plasma nuclear de electrones. En las estrellas más pesadas, la gravedad es más fuerte que el electromagnetismo y se forman estrellas de neutrones. El núcleo de tales objetos está hecho de un líquido de neutrones y está cubierto por una fina capa de plasma de electrones y núcleos pesados.

Imagen: Noticias del Este

El valor límite de la masa de una enana blanca, que evita que se convierta en una estrella de neutrones, fue estimado por primera vez en 1932 por el astrofísico indio Subramanyan Chandrasekhar. Este parámetro se calcula a partir de la condición de equilibrio para el gas de electrones degenerados y las fuerzas gravitatorias. El valor moderno del límite de Chandrasekhar se estima en 1,4 masa solar.

El límite superior de la masa de una estrella de neutrones, en el que no se convierte en un agujero negro, se denomina límite de Oppenheimer-Volkov. Se determina a partir de la condición de equilibrio para la presión del gas de neutrones degenerados y las fuerzas gravitatorias. En 1939 se obtuvo un valor de 0,7 masas solares, las estimaciones modernas varían de 1,5 a 3,0.

agujero de topo

Físicamente, un agujero de gusano (wormhole) es un túnel que conecta dos regiones distantes del espacio-tiempo. Estas áreas pueden estar en el mismo universo o vincular diferentes puntos de diferentes universos (en el marco del concepto de multiverso). Según la capacidad de retorno por el agujero, se dividen en transitables e intransitables. Los agujeros intransitables se cierran rápidamente y no permiten que un viajero potencial haga el viaje de regreso.

Desde un punto de vista matemático, un agujero de gusano es un objeto hipotético obtenido como una solución especial no singular (finita y con significado físico) de las ecuaciones GR. Los agujeros de gusano generalmente se representan como una superficie bidimensional doblada. Se puede pasar de un lado a otro tanto de la forma habitual como a través del túnel que los une. En el caso visual de un espacio bidimensional, se puede ver que esto puede reducir significativamente la distancia.

En 2D, las gargantas de los agujeros de gusano, las aberturas desde las que comienza y termina el túnel, tienen la forma de un círculo. En tres dimensiones, la boca de un agujero de gusano parece una esfera. Dichos objetos se forman a partir de dos singularidades en diferentes regiones del espacio-tiempo, que en el hiperespacio (espacio de dimensiones superiores) se juntan para formar un agujero. Dado que el agujero es un túnel de espacio-tiempo, puede viajar a través de él no solo en el espacio, sino también en el tiempo.

Por primera vez, las soluciones de las ecuaciones GR del tipo agujero de gusano fueron dadas en 1916 por Ludwig Flamm. Su trabajo, que describía un agujero de gusano con cuello esférico sin materia gravitante, no llamó la atención de los científicos. En 1935, Einstein y el físico teórico estadounidense-israelí Nathan Rosen, que no estaba familiarizado con el trabajo de Flamm, encontraron una solución similar a las ecuaciones GR. Fueron impulsados ​​en este trabajo por el deseo de combinar la gravedad con el electromagnetismo y deshacerse de las singularidades de la solución de Schwarzschild.

En 1962, los físicos estadounidenses John Wheeler y Robert Fuller demostraron que el agujero de gusano de Flamm y el puente de Einstein-Rosen colapsan rápidamente y, por lo tanto, son infranqueables. La primera solución a las ecuaciones GR con un agujero de gusano atravesable fue propuesta en 1986 por el físico estadounidense Kip Thorne. Su agujero de gusano está lleno de materia con una densidad de masa media negativa que impide que el túnel se cierre. Las partículas elementales con tales propiedades aún son desconocidas para la ciencia. Probablemente, pueden ser parte de la materia oscura.

gravedad hoy

La solución de Schwarzschild es la más simple para los agujeros negros. Ya se han descrito agujeros negros giratorios y cargados. coherente teoría matemática los agujeros negros y sus singularidades asociadas se desarrolló en el trabajo del matemático y físico británico Roger Penrose. Ya en 1965, publicó un artículo en la revista Physical Review Letters titulado "Gravity Collapse and Space-Time Singularities".

Describe la formación de la llamada superficie trampa, que lleva a la evolución de una estrella a un agujero negro y al surgimiento de una singularidad, una característica del espacio-tiempo, donde las ecuaciones GR dan soluciones que son incorrectas desde un punto físico. de vista. Las conclusiones de Penrose se consideran el primer gran resultado matemáticamente riguroso de la relatividad general.

Poco después, el científico, junto con el británico Stephen Hawking, demostró que en un pasado lejano el universo se encontraba en un estado de densidad de masa infinita. Las singularidades que surgen en la relatividad general y se describen en los trabajos de Penrose y Hawking desafían la explicación en la física moderna. En particular, esto lleva a la imposibilidad de describir la naturaleza antes del Big Bang sin involucrar hipótesis y teorías adicionales, por ejemplo, la mecánica cuántica y la teoría de cuerdas. El desarrollo de la teoría de los agujeros de gusano también es actualmente imposible sin la mecánica cuántica.

Fotogramas de la película "Interestelar" con " agujero de gusano» (2014)

La película épica espacial Interstellar (hablamos de una película de ciencia ficción que se estrenó en octubre de 2014) habla de astronautas que, en busca de opciones para salvar a la humanidad, descubren el “camino de la vida”, representado por un misterioso túnel.

Este pasaje aparece inexplicablemente cerca de Saturno y en el espacio-tiempo lleva a una persona a una galaxia distante, brindando así la oportunidad de encontrar planetas habitados por seres vivos. Planetas que pueden convertirse en un segundo hogar para las personas.

La hipótesis de la existencia de un túnel cinematográfico, llamado por los científicos "agujero de gusano" o "agujero de gusano", fue precedida por una teoría física real, que fue propuesta por uno de los primeros astrofísicos y ex profesor del Instituto de Tecnología de California, Kip Thorne.

Kip Thorne también ayudó al astrónomo, astrofísico, divulgador de la ciencia y uno de los que iniciaron el proyecto de búsqueda de inteligencia extraterrestre -Carl Sagan- a crear un modelo de agujero de gusano para su novela "Contacto". Lo convincente de las imágenes visuales en la película es tan obvio para los científicos espaciales que los astrofísicos admiten que estas son quizás las imágenes más precisas de agujeros de gusano y agujeros negros que existen en el cine mundial.

Solo hay un “pequeño” detalle en esta película que obsesiona a un espectador atento: volar en uno similar en un expreso espacial es, por supuesto, genial, pero solo ahora, los pilotos lograrán mantener el roble en el proceso. muy movimiento interestelar?

Los creadores del éxito de taquilla espacial prefirieron no mencionar que la teoría original de los agujeros de gusano pertenecía a otros destacados teóricos de la astrofísica: ya fue desarrollada por Albert Einstein junto con su asistente Nathan Rosen. Estos científicos intentaron resolver las ecuaciones de Einstein para la relatividad general de tal forma que el resultado fuera un modelo matemático de todo el universo, junto con las fuerzas de atracción y las partículas elementales que componen la materia. En el proceso de todo esto, se intentó imaginar el espacio como dos planos geométricos conectados entre sí por “puentes”.

Paralelamente, pero independientemente de Einstein, otro físico llevó a cabo un trabajo similar: Ludwig Flamm, quien en 1916, también al resolver las ecuaciones de Einstein, descubrió tales "puentes".

Los tres "constructores de puentes" sufrieron una decepción general, ya que la "teoría de todo lo que existe" resultó ser inviable: tales "puentes" en teoría no actuaron en absoluto como partículas elementales reales.

Sin embargo, en 1935, Einstein y Rosen publicaron un artículo en el que presentaban su propia teoría de los túneles en el continuo espacio-tiempo. Este trabajo, tal como lo concibieron los autores, obviamente fue para alentar a otras generaciones de científicos a reflexionar sobre la posibilidad de aplicar tal teoría.

físico de Universidad de Princeton John Wheeler en un momento introdujo la designación "agujero de gusano" en el vocabulario, que se utilizó en los últimos años para estudiar la construcción de modelos de "puentes" según la teoría de Einstein-Rosen. Wheeler notó: tal "puente" se parece dolorosamente a un pasaje roído por un gusano en una fruta. Imagine una hormiga que se arrastra de un lado a otro de una pera: puede arrastrarse a lo largo de toda la superficie curva o, al acortar el camino, cruzar la fruta a través de un túnel de agujero de gusano.

¿Y si imaginamos que nuestro continuo espacio-tiempo tridimensional es la piel de una pera, que, como una superficie curva, encierra una "masa" de dimensiones mucho mayores? Quizás el "puente" de Einstein-Rosen es el mismo túnel que atraviesa esta "masa", permite a los pilotos de naves estelares reducir la distancia en el espacio entre dos puntos. Probablemente, en este caso estamos hablando de una solución matemática real de la teoría general de la relatividad.

Según Wheeler, las bocas de los "puentes" de Einstein-Rosen recuerdan mucho al llamado agujero negro de Schwarzschild, una materia simple que tiene una forma esférica y una densidad tan alta que su fuerza de atracción no puede ser superada ni siquiera por la luz. . Los astrónomos tienen una fuerte opinión sobre la existencia de "agujeros negros". Creen que estas formaciones nacen cuando estrellas muy masivas "colapsan" o se extinguen.

¿Qué tan bien razonada está la hipótesis de que un "agujero negro" es lo mismo que un "agujero de gusano" o un túnel que permite viajes espaciales de larga distancia? Tal vez, desde el punto de vista de las matemáticas, esta afirmación sea cierta. Pero solo en teoría: en tal expedición no habrá sobrevivientes.

El modelo de Schwarzschild representa el centro oscuro de un "agujero negro" como un punto singular o bola inmóvil neutra central con densidad infinita. Los cálculos de Wheeler muestran las consecuencias de lo ocurrido en caso de formación de tal "agujero de gusano" cuando dos puntos singulares ("agujeros negros" de Schwarzschild) en dos partes distantes del Universo convergen en su "masa" y crean un túnel entre a ellos.

El investigador descubrió que tal "agujero de gusano" tiene una naturaleza inestable: el túnel primero se forma y luego se derrumba, después de lo cual solo quedan dos puntos singulares ("agujeros negros"). El procedimiento para la aparición y el cierre del túnel es tan rápido que incluso un rayo de luz no puede penetrar a través de él, sin mencionar a un astronauta que intenta deslizarse: será completamente tragado por un "agujero negro". No es broma: estamos hablando de muerte instantánea, porque las fuerzas gravitatorias del poder loco harán pedazos a una persona.

"Agujeros negros" y "manchas blancas"

Thorne lanzó el libro "La ciencia de la película interestelar" al mismo tiempo que la película. Él confirma en este trabajo: "¡Cualquier cuerpo, vivo o inanimado, en el momento del colapso del túnel será aplastado y hecho pedazos!"

Para otra versión alternativa, un "agujero negro" giratorio de Kerr, los investigadores de "puntos blancos" en los viajes interplanetarios han encontrado una solución diferente a la teoría general de la relatividad. La singularidad dentro del "agujero negro" de Kerr tiene una forma diferente, no esférica, sino en forma de anillo.

Su ciertos modelos puede dar a una persona la oportunidad de sobrevivir en un vuelo interestelar, pero solo si la nave pasa este agujero exclusivamente por el centro del anillo. Algo así como baloncesto espacial, solo que el precio de acertar aquí no son puntos extra: está en juego la existencia de una nave estelar junto a su tripulación.

El autor de The Science of Interstellar, Kip Thorne, duda del estado de la teoría. Allá por 1987, escribió un artículo sobre volar a través de un "agujero de gusano", donde señala un detalle importante: el cuello del túnel de Kerr tiene una sección muy poco fiable, que se llama el "horizonte de Cauchy".

Como muestran los cálculos correspondientes, tan pronto como el cuerpo intenta pasar por un punto dado, el túnel se derrumba. Además, incluso bajo la condición de cierta estabilización del "agujero de gusano", como dice la teoría cuántica, se llenará inmediatamente con partículas rápidas de alta energía.

Por lo tanto, tan pronto como te metas en el "agujero negro" de Kerr, la corteza frita seca permanecerá de ti.

¿La razón - "acción terrible de largo alcance"?

El hecho es que los físicos aún no han adaptado las leyes clásicas de la gravedad a la teoría cuántica: esta sección de las matemáticas es demasiado difícil de entender y muchos científicos no le han dado una definición exacta.

Al mismo tiempo, el científico de Princeton Juan Malzadena y su colega de Stanford, Leonard Susskind, sugirieron que los "agujeros de gusano" obviamente no son más que la encarnación material del entrelazamiento en el momento en que los objetos cuánticos están conectados, independientemente de si están separados entre sí. .

Albert Einstein tenía su propio nombre para tal enredo: "acción terrible de largo alcance", un gran físico y no pensó estar de acuerdo con el punto de vista generalmente aceptado. A pesar de esto, muchos experimentos han demostrado la existencia de entrelazamiento cuántico. Además, ya se usa con fines comerciales: con su ayuda, las transferencias de datos en línea, como las transacciones bancarias, están protegidas.

Según Malsadena y Susskind, en grandes volúmenes, el entrelazamiento cuántico puede influir en el cambio en la geometría del continuo espacio-tiempo y contribuir a la aparición de "agujeros de gusano" en forma de "agujeros negros" vinculados. Pero la hipótesis de estos científicos no permite la aparición de túneles interestelares transitables.

Según Malsadena, estos túneles, por un lado, no permiten volar más rápido que la velocidad de la luz y, por otro lado, pueden ayudar a que los astronautas aún se encuentren allí, adentro, con alguien “otro”. Es cierto que no hay placer en tal reunión, ya que la reunión será seguida por la muerte inevitable por un impacto gravitacional en el centro del "agujero negro".

En una palabra, los "agujeros negros" son un verdadero obstáculo para la exploración espacial humana. En este caso, ¿qué podrían ser "agujeros de gusano"? Según Avi Loeb, científico del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, la gente tiene muchas opciones en este sentido: dado que no existe una teoría que combine la relatividad general con la mecánica cuántica, no conocemos todo el conjunto de posibles espacio-tiempo. estructuras donde pueden aparecer “agujeros de gusano”.

colapsan

Pero aquí tampoco todo es tan simple. El mismo Kip Thorne en 1987 estableció una singularidad para cualquier “agujero de gusano” que corresponda a la teoría general de la relatividad, colapsar si no se intenta mantenerlo abierto debido a la llamada materia exótica que tiene energía negativa o antigravedad. Thorne asegura que el hecho de la existencia de exomateria se puede establecer experimentalmente.

Los experimentos mostrarán que las fluctuaciones cuánticas en el vacío son obviamente capaces de crear una presión negativa entre dos espejos que se colocan muy cerca.

A su vez, según Avi Loeb, si observas la llamada energía oscura, estos estudios darán aún más razones para creer en la existencia de materia exótica.

Un científico del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian dice que “... vemos cómo en los últimos historia espacial las galaxias se están alejando de nosotros a una velocidad que aumenta con el tiempo, como si la antigravedad estuviera actuando sobre ellas; tal expansión acelerada del Universo puede explicarse si el Universo está lleno de una sustancia con presión negativa, exactamente el material que se necesita para la aparición de un agujero de gusano...".

Al mismo tiempo, tanto Loeb como Thorne creen que incluso si un "agujero de gusano" puede aparecer de forma natural, esto requeriría una gran cantidad de materia exótica. Solo una civilización altamente desarrollada será capaz de acumular tal reserva de energía y la posterior estabilización de tal túnel.

En las opiniones sobre esta teoría también "no hay acuerdo entre los camaradas". Esto es lo que, por ejemplo, piensa su colega Malsadena sobre los hallazgos de Loeb y Thorne:

"... Creo que la idea de un agujero de gusano transitable estable no es lo suficientemente inteligible y, aparentemente, no corresponde a las leyes conocidas de la física ..." Sabina Hossenfelder del Instituto Escandinavo de Física Teórica en Suecia rompe por completo Las conclusiones de Loeb-Thorn se hacen añicos: “... No tenemos absolutamente ninguna evidencia de la existencia de materia exótica. Además, existe la creencia generalizada de que no puede existir, porque si existiera, el vacío sería inestable…”

Incluso en el caso de la existencia de una materia tan exótica, Hossen-felder desarrolla su idea, moverse en su interior sería algo sumamente desagradable: cada vez las sensaciones estarían en proporción directa con el grado de curvatura de la estructura espacio-temporal a su alrededor. el túnel y la densidad de energía en su interior. Sabine Hossenfelder concluye:

"... Esto es muy similar a los" agujeros negros ": las fuerzas de formación de mareas son demasiado grandes, y una persona se hará pedazos ..."

Paradójicamente, a pesar de su contribución a la película Interestelar, Thorne tampoco cree particularmente que un túnel transitable como este pueda aparecer alguna vez. Y en la posibilidad de atravesarlo (¡sin ningún daño!) - astronautas - y aún más. Él mismo lo admite en su libro:

“... Si [los túneles] pueden existir, entonces dudo mucho que puedan surgir en el Universo astrofísico de forma natural...”

... ¡Así que cree después de que las películas de ciencia ficción!

Un agujero de gusano o agujero de gusano es una característica topológica hipotética del espacio-tiempo, que es un "túnel" en el espacio en cada momento del tiempo (un túnel de espacio-tiempo). Así, el agujero de gusano te permite moverte en el espacio y el tiempo. Las regiones que conecta un agujero de gusano pueden ser regiones de un solo espacio o estar completamente desconectadas. En el segundo caso, el agujero de gusano es el único vínculo entre las dos regiones. El primer tipo de agujeros de gusano a menudo se llama "intramundo", y el segundo tipo es "intermundo".

Como sabes, la Teoría General de la Relatividad prohíbe el movimiento en el Universo a una velocidad superior a la de la luz. Por otro lado, la relatividad general permite la existencia de túneles espacio-temporales, pero es necesario que el túnel se llene de materia exótica con una densidad de energía negativa, que crea una fuerte repulsión gravitatoria y evita que el túnel se derrumbe.

Los taquiones suelen denominarse partículas de materia exótica. Los taquiones son partículas hipotéticas que viajan más rápido que la velocidad de la luz. Para que tales partículas no violen la relatividad general, se supone que la masa de los taquiones es negativa.

Actualmente, no existe una confirmación experimental confiable de la existencia de taquiones en experimentos de laboratorio o observaciones astronómicas. Los físicos solo pueden presumir de una masa "pseudo-negativa" de electrones y átomos, que se obtienen con alta densidad campos eléctricos, polarización especial de rayos láser o temperaturas ultrabajas. En este último caso, los experimentos se realizaron con un condensado de Bose-Einstein, un estado agregado de la materia basado en bosones enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto (menos de una millonésima de kelvin). En un estado tan fuertemente enfriado, un número suficientemente grande de átomos se encuentran en sus estados cuánticos mínimos posibles, y los efectos cuánticos comienzan a manifestarse a nivel macroscópico. El Premio Nobel de Física fue otorgado en 2001 por la producción del condensado de Bose-Einstein.

Sin embargo, varios expertos sugieren que pueden ser taquiones. Estas partículas elementales tienen una masa distinta de cero, lo que se demostró mediante la detección de oscilaciones de neutrinos. El último descubrimiento incluso fue premiado premio Nobel en física para 2015. Por otro lado, aún no se ha determinado el valor exacto de la masa del neutrino. Varios experimentos para medir la velocidad de los neutrinos han demostrado que su velocidad puede superar ligeramente la velocidad de la luz. Estos datos son constantemente cuestionados, pero en 2014 un Nuevo trabajo en esta ocasión.

Teoria de las cuerdas

Paralelamente, algunos teóricos sugieren que en el Universo primitivo podrían haberse formado formaciones especiales (cuerdas cósmicas) con masa negativa. La longitud de las cuerdas cósmicas reliquia puede alcanzar al menos varias decenas de parsecs con un grosor inferior al diámetro de un átomo a una densidad media de 10 22 gramos por cm 3 . Hay varios trabajos que indican que tales formaciones se observaron en los eventos de lentes gravitacionales de luz de cuásares distantes. En general, actualmente es el candidato más probable para una “teoría del todo” o una teoría del campo unificado que combina la teoría de la relatividad y la teoría cuántica del campo. Según él, todas las partículas elementales son hilos oscilantes de energía de unos 10 -33 metros de largo, lo que es comparable a (mínimo tamaño posible objeto en el universo).

La teoría del campo unificado sugiere que existen celdas en las dimensiones del espacio-tiempo con una longitud y un tiempo mínimos. La longitud mínima debe ser igual a la longitud de Planck (aproximadamente 1,6 x 10 −35 metros).

Al mismo tiempo, las observaciones de estallidos de rayos gamma distantes indican que si existe granulación espacial, entonces el tamaño de estos granos no supera los 10-48 metros. Además, no pudo confirmar algunas de las consecuencias de la teoría de cuerdas, que se convirtió en un argumento serio para la falacia de esta teoría fundamental de la física moderna.

Potencialmente gran valor En el camino hacia la creación de una teoría de campo unificado y túneles de espacio-tiempo está el descubrimiento en 2014 de una conexión teórica entre el entrelazamiento cuántico y los agujeros de gusano. En un nuevo trabajo teórico, se demostró que la creación de un túnel de espacio-tiempo es posible no solo entre dos agujeros negros masivos, sino también entre dos quarks entrelazados cuánticamente.

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno de la mecánica cuántica en el que los estados cuánticos de dos o más objetos se vuelven interdependientes. Esta interdependencia persiste incluso si estos objetos están separados en el espacio más allá de cualquier interacción conocida. La medición del parámetro de una partícula conduce a una terminación instantánea (por encima de la velocidad de la luz) del estado entrelazado de la otra, lo que está en contradicción lógica con el principio de localidad (en este caso, la teoría de la relatividad no se viola y la información no se transmite).

Kristan Jensen, de la Universidad de Victoria (Canadá) y Andreas Karch, de la Universidad de Washington (EE. transmitir señales de uno a otro. Los investigadores creen que el espacio tridimensional en el que se mueven los quarks es una faceta hipotética del mundo tetradimensional. En el espacio 3D, las partículas entrelazadas cuánticas están conectadas por una especie de "cuerda". Y en el espacio 4D, esta "cadena" se convierte en un agujero de gusano.

Julian Sonner, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE. UU.), ha presentado un par quark-antiquark entrelazado cuánticamente, nacido en una fuerte campo eléctrico, que separa partículas con cargas opuestas, haciendo que se muevan rápidamente en direcciones diferentes. Sonner también concluyó que las partículas entrelazadas cuánticamente en espacio tridimensional, estará conectado por un agujero de gusano en un espacio de cuatro dimensiones. En los cálculos, los físicos utilizaron el llamado principio holográfico, el concepto según el cual toda la física del mundo n-dimensional se refleja completamente en sus "facetas" con el número de dimensiones (n-1). Con tal “proyección”, una teoría cuántica que tenga en cuenta los efectos de la gravedad en un espacio tetradimensional es equivalente a una teoría cuántica “sin gravedad” en un espacio tridimensional. En otras palabras, los agujeros negros en el espacio 4D y un agujero de gusano entre ellos son matemáticamente equivalentes a su proyección holográfica 3D.

Perspectivas de la astronomía de ondas gravitacionales y neutrinos

Las mayores perspectivas en el estudio de las propiedades de la materia en el nivel más microscópico y de alta energía para una mejor comprensión de la gravedad cuántica son la astronomía de ondas gravitacionales y neutrinos debido al hecho de que estudia ondas y partículas con el mayor poder de penetración. Entonces, si la radiación de fondo de microondas del Universo se formó 380 mil años después, los neutrinos relictos en los primeros segundos y las ondas gravitatorias relictas en solo 10 -32 segundos. Además, el registro de dicha radiación y partículas de agujeros negros o de eventos catastróficos (fusiones y colapsos de estrellas masivas) tiene grandes perspectivas.

Por otro lado, se están desarrollando activamente los observatorios astrométricos tradicionales, que ahora cubren todo el espectro electromagnético. Dichos observatorios pueden detectar objetos o fenómenos inesperados en el universo primitivo (las primeras nubes interestelares,