Krtkova diera. Čo je to „Červí diera“?
Hypotetická „Červí diera“, ktorá sa tiež nazýva „krtná diera“ alebo „červí diera“ (doslovný preklad Červej diery) je druh časopriestorového tunela, ktorý umožňuje objektu pohybovať sa z bodu a do bodu b vo vesmíre, nie v a priamka, ale okolo priestoru. V prípade, že je to jednoduchšie, vezmite akýkoľvek papier, zložte ho na polovicu a prepichnite, výsledná diera bude rovnaká červia diera
. Existuje teda teória, že priestor vo vesmíre môže byť podmienene tým istým listom papiera, pozor, iba upraveným pre tretiu dimenziu. Rôzni vedci vyvodzujú hypotézy, že vďaka červím dieram je možné cestovať v priestore - čase. Ale zároveň nikto presne nevie, aké nebezpečenstvo môžu červie diery predstavovať a čo sa v skutočnosti môže nachádzať na ich druhej strane.
Teória červích dier.
V roku 1935 fyzici Albert Einstein a Nathan Rosen pomocou všeobecnej teórie relativity navrhli, že vo vesmíre existujú špeciálne „mosty“ cez časopriestor. Tieto cesty, ktoré sa nazývajú Einstein-Rosenove mosty (alebo červie diery), dve úplne spájajú rôzne body v časopriestore teoretickým vytvorením zakrivenia v priestore, ktoré skracuje cestu z jedného bodu do druhého.
Opäť, hypoteticky, akákoľvek červia diera pozostáva z dvoch vchodov a hrdla (teda rovnakého tunela. V tomto prípade s najväčšou pravdepodobnosťou majú vchody pri červej diere guľovitý tvar a hrdlo môže predstavovať tak priamy segment priestoru, ako aj špirálovitá.
Cestovanie cez červiu dieru.
Prvým problémom, ktorý bude stáť v ceste možnosti takéhoto cestovania, je veľkosť červích dier. Verí sa, že úplne prvé červie diery boli veľmi malá veľkosť, asi 10-33 centimetrov, no v dôsledku rozpínania vesmíru sa stalo možné, že sa spolu s tým rozťahovali a zväčšovali aj samotné červie diery. Ďalším problémom červích dier je ich stabilita. Alebo skôr nestabilita.
Ako vysvetľuje Einstein-Rosenova teória, červie diery budú na cestovanie časopriestorom nepoužiteľné, pretože sa veľmi rýchlo zrútia (uzatvoria). No novší výskum týchto otázok naznačuje prítomnosť „exotickej hmoty“, ktorá umožňuje, aby si diery zachovali svoju štruktúru. dlhšie časové obdobie.
A predsa teoretická veda verí, že ak červie diery obsahujú dostatok tejto exotickej energie, ktorá sa buď objavila prirodzene, alebo sa objaví umelo, potom bude možné prenášať informácie alebo dokonca predmety cez časopriestor.
Rovnaké hypotézy naznačujú, že červie diery môžu spájať nielen dva body v rámci jedného vesmíru, ale môžu byť aj vstupom do iných. Niektorí vedci sa domnievajú, že ak sa jeden vchod do červej diery posunie určitým spôsobom, potom bude možné cestovať v čase. Ale napríklad slávny britský kozmológ Stephen Hawking verí, že takéto použitie červích dier je nemožné.
Napriek tomu niektoré vedecké mysle trvajú na tom, že ak je stabilizácia červích dier exotickou hmotou skutočne možná, ľudia budú môcť bezpečne cestovať cez takéto červie diery. A vzhľadom na "Obyčajnú" záležitosť, ak je to žiaduce a potrebné, môžu byť takéto portály destabilizované späť.
Podľa teórie relativity nič nemôže cestovať rýchlejšie ako svetlo. To znamená, že z tohto gravitačného poľa sa nič nedostane tým, že sa doň dostane. Oblasť vesmíru, z ktorej niet cesty von, sa nazýva čierna diera. Jeho hranica je určená dráhou svetelných lúčov, ktoré ako prvé prišli o možnosť preraziť. Nazýva sa horizont udalostí čiernej diery. Príklad: pri pohľade z okna nevidíme, čo je za horizontom, a podmienený pozorovateľ nemôže pochopiť, čo sa deje vo vnútri hraníc neviditeľnej mŕtvej hviezdy.
Fyzici našli známky existencie iného vesmíru
Viac
Existuje päť typov čiernych dier, ale nás zaujíma čierna diera s hviezdnou hmotnosťou. Takéto objekty vznikajú v záverečnej fáze života nebeského telesa. Vo všeobecnosti môže smrť hviezdy viesť k nasledujúcim veciam:
1. Zmení sa na veľmi hustú vyhasnutú hviezdu pozostávajúcu z množstva chemických prvkov - toto je biely trpaslík;
2. Na neutrónovú hviezdu - má približnú hmotnosť Slnka a polomer asi 10-20 kilometrov, vo vnútri sa skladá z neutrónov a iných častíc a vonku je uzavretá v tenkom, ale pevnom obale;
3. Do čiernej diery, ktorej gravitačná príťažlivosť je taká silná, že dokáže nasávať predmety letiace rýchlosťou svetla.
Pri výskyte supernovy, teda „znovuzrodenia“ hviezdy, vzniká čierna diera, ktorú je možné odhaliť len vďaka vyžarovanému žiareniu. Je to ona, ktorá je schopná vytvoriť červiu dieru.
Ak si čiernu dieru predstavíme ako lievik, potom objekt, ktorý do nej spadne, stratí horizont udalostí a spadne dovnútra. Kde je teda červia diera? Nachádza sa presne v tom istom lieviku, pripojenom k tunelu čiernej diery, kde východy smerujú von. Vedci sa domnievajú, že druhý koniec červej diery je spojený s bielou dierou (antipódom čiernej, do ktorého nemôže nič spadnúť).
Krtkova diera. Čierne diery Schwarzschild a Reisner-Nordström
Schwarzschildova čierna diera môže byť považovaná za nepreniknuteľnú červiu dieru. Čo sa týka čiernej diery Reisner-Nordström, je to o niečo komplikovanejšie, ale tiež nepriechodné. Napriek tomu nie je také ťažké vymyslieť a opísať štvorrozmerné červie diery vo vesmíre, ktorými by sa dalo prejsť. Je to len otázka výberu požadovaný pohľad metriky. Metrický tenzor alebo metrika je súbor hodnôt, ktoré možno použiť na výpočet štvorrozmerných intervalov, ktoré existujú medzi bodmi udalostí. Tento súbor veličín plne charakterizuje tak gravitačné pole, ako aj geometriu časopriestoru. Geometricky priechodné červie diery vo vesmíre sú ešte jednoduchšie ako čierne diery. Nemajú horizonty, ktoré by postupom času viedli ku kataklizmám. V rôznych bodoch môže čas ísť iným tempom, no nemal by sa donekonečna zastavovať ani zrýchľovať.
Pulsars: The Beacon Factor
Pulzar je v podstate rýchlo rotujúca neutrónová hviezda. Neutrónová hviezda je vysoko kompaktné jadro mŕtvej hviezdy, ktoré zostalo po výbuchu supernovy. Táto neutrónová hviezda má silné magnetické pole. Toto magnetické pole je asi biliónkrát silnejšie. magnetické pole Zem. Magnetické pole spôsobuje, že neutrónová hviezda vyžaruje silné rádiové vlny a rádioaktívne častice zo svojich severných a južných pólov. Tieto častice môžu zahŕňať rôzne žiarenia, vrátane viditeľného svetla.
Pulzary, ktoré vyžarujú silné gama lúče, sú známe ako gama pulzary. Ak je neutrónová hviezda umiestnená svojim pólom smerom k Zemi, potom môžeme vidieť rádiové vlny zakaždým, keď jeden z pólov spadne do nášho predzvesti. Tento efekt je veľmi podobný efektu majáku. Stacionárnemu pozorovateľovi sa zdá, že svetlo rotujúceho majáka neustále bliká, potom mizne a potom sa znova objavuje. Rovnakým spôsobom sa zdá, že pulzar bliká, keď otáča svoje póly vzhľadom na Zem. Rôzne pulzary vysielajú impulzy rôznymi rýchlosťami v závislosti od ich veľkosti a hmotnosti. neutrónová hviezda. Niekedy môže mať pulzar spoločníka. V niektorých prípadoch dokáže prilákať svojho spoločníka, vďaka čomu sa otáča ešte rýchlejšie. Najrýchlejšie pulzary dokážu vyslať viac ako sto impulzov za sekundu.
Hypotetická „červí diera“, ktorá sa tiež nazýva „červí diera“ alebo „červí diera“ (doslovný preklad červej diery) je druh časopriestorového tunela, ktorý umožňuje objektu pohybovať sa z bodu A do bodu B vo vesmíre, ktorý nie je vo vesmíre. priamka, ale okolo priestoru. Ak je to jednoduchšie, vezmite si akýkoľvek papier, zložte ho na polovicu a prepichnite, výsledná diera bude rovnaká červia diera. Existuje teda teória, že priestor vo vesmíre môže byť podmienene tým istým listom papiera, len upraveným pre tretiu dimenziu. Rôzni vedci vyvodzujú hypotézy, že vďaka červím dieram je možné cestovať v časopriestore. Ale zároveň nikto presne nevie, aké nebezpečenstvo môžu červie diery predstavovať a čo sa v skutočnosti môže nachádzať na ich druhej strane.
Teória červích dier
V roku 1935 fyzici Albert Einstein a Nathan Rosen pomocou teórie všeobecnej relativity navrhli, že vo vesmíre existujú špeciálne „mosty“ cez časopriestor. Tieto cesty, nazývané Einstein-Rosenove mosty (alebo červie diery), spájajú dva úplne odlišné body v časopriestore tým, že teoreticky vytvárajú deformáciu v priestore, ktorá skracuje cestu z jedného bodu do druhého.
Opäť, hypoteticky, akákoľvek červia diera pozostáva z dvoch vchodov a krku (teda rovnakého tunela). V tomto prípade sú vstupy do červej diery s najväčšou pravdepodobnosťou guľovitého tvaru a krk môže predstavovať rovný segment priestoru aj špirálový.
Všeobecná teória relativita matematicky dokazuje pravdepodobnosť existencie červích dier, no zatiaľ žiadnu z nich človek neobjavil. Ťažkosti pri jeho detekcii spočívajú v tom, že údajná obrovská masa červích dier a gravitačné efekty jednoducho pohlcujú svetlo a bránia jeho odrazu.
Niekoľko hypotéz založených na všeobecnej teórii relativity naznačuje existenciu červích dier, kde čierne diery zohrávajú úlohu vstupu a výstupu. Ale stojí za zváženie, že vzhľad samotných čiernych dier, vytvorených výbuchom umierajúcich hviezd, v žiadnom prípade nevytvára červiu dieru.
Cesta cez červiu dieru
V sci-fi nie je nezvyčajné, že protagonisti cestujú cez červie diery. V skutočnosti však takáto cesta nie je ani zďaleka taká jednoduchá, ako sa ukazuje vo filmoch a rozpráva vo fantasy literatúre.
Prvým problémom, ktorý bude stáť v ceste možnosti takéhoto cestovania, je veľkosť červích dier. Predpokladá sa, že úplne prvé červie diery boli veľmi malé, rádovo 10-33 centimetrov, ale v dôsledku expanzie vesmíru bolo možné, že sa samotné červie diery rozširovali a zväčšovali spolu s ním. Ďalším problémom červích dier je ich stabilita. Alebo skôr nestabilita.
Červí diery vysvetlené Einsteinovou-Rosenovou teóriou budú pre cestovanie v časopriestore zbytočné, pretože sa veľmi rýchlo zrútia (uzatvoria). No novšie štúdie o týchto problémoch naznačujú prítomnosť „exotickej hmoty“, ktorá umožňuje norám zachovať si svoju štruktúru dlhší čas.
Nezamieňajte si s čiernou hmotou a antihmotou, táto exotická hmota sa skladá z energie negatívnej hustoty a kolosálneho podtlaku. Zmienka o takejto hmote je prítomná len v niektorých teóriách vákua v rámci kvantovej teórie poľa.
Napriek tomu teoretická veda verí, že ak červie diery obsahujú dostatok tejto exotickej energie, či už prirodzene sa vyskytujúcej alebo umelo generovanej, potom bude možné prenášať informácie alebo dokonca predmety cez časopriestor.
Rovnaké hypotézy naznačujú, že červie diery môžu spájať nielen dva body v rámci jedného vesmíru, ale môžu byť aj vstupom do iných. Niektorí vedci sa domnievajú, že ak sa jeden vchod do červej diery posunie určitým spôsobom, potom bude možné cestovať v čase. Ale napríklad slávny britský kozmológ Stephen Hawking verí, že takéto použitie červích dier je nemožné.
Napriek tomu niektoré vedecké mysle trvajú na tom, že ak je stabilizácia červích dier exotickou hmotou skutočne možná, ľudia budú môcť bezpečne cestovať cez takéto červie diery. A vzhľadom na "obyčajnú" záležitosť, ak je to žiaduce a potrebné, môžu byť takéto portály destabilizované späť.
Žiaľ, dnešné technológie ľudstva nestačia na to, aby sa červie diery umelo zväčšovali a stabilizovali v prípade, že sa predsa len objavia. Vedci však pokračujú v skúmaní konceptov a metód rýchleho cestovania vesmírom a možno raz veda príde na to správne riešenie.
Video Červí diera: dvere cez zrkadlo
Fanúšikovia sci-fi dúfajú, že ľudstvo bude môcť jedného dňa cestovať do vzdialených končín vesmíru cez červiu dieru.
Krtkova diera- teoretický tunel cez časopriestor, ktorý by potenciálne umožnil rýchlejšie cestovanie medzi vzdialenými bodmi vo vesmíre - z jednej galaxie do druhej, napríklad, ako to ukázal film Christophera Nolana "Interstellar", ktorý bol uvedený do kín po celom svete na začiatkom tohto mesiaca.
Zatiaľ čo podľa Einsteinovej teórie všeobecnej relativity sú červie diery možné, takéto exotické cesty pravdepodobne zostanú v oblasti sci-fi, povedal renomovaný astrofyzik Kip Thorne z Kalifornského technologického inštitútu v Pasadene, ktorý pôsobil ako poradca a výkonný producent na Interstellar. ..
„Ide o to, že o nich jednoducho nič nevieme,“ povedal Thorne, ktorý je jedným z popredných svetových odborníkov na teóriu relativity, čiernych dier a červích dier. "Existujú však veľmi silné indície, že človek podľa fyzikálnych zákonov cez ne nebude môcť cestovať."
"Hlavný dôvod súvisí s nestabilitou červích dier," dodal. "Steny červích dier sa rúcajú tak rýchlo, že sa cez ne nič nedostane."
Udržiavanie otvorených červích dier si bude vyžadovať použitie niečoho antigravitačného, konkrétne negatívnej energie. Záporná energia bola vytvorená v laboratóriu pomocou kvantových efektov: jedna oblasť vesmíru dostáva energiu z inej oblasti, v ktorej sa tvorí nedostatok.
"Takže je to teoreticky možné," povedal. „Ale nikdy nemáme dosť negatívna energia, ktorý bude schopný udržať steny červej diery otvorené.“
Taktiež červie diery (ak vôbec existujú) sa takmer určite nemôžu vytvárať prirodzene. To znamená, že musia byť vytvorené s pomocou vyspelej civilizácie.
To je presne to, čo sa stalo v "Interstellar": Tajomné stvorenia postavili červiu dieru blízko Saturnu, čo umožnilo malej skupine priekopníkov na čele s bývalým farmárom Cooperom (hrá ho Matthew McConaughey), aby sa vydala hľadať nový domov pre ľudstvo. Zem ohrozená globálnou neúrodou.
Tí, ktorí majú záujem dozvedieť sa viac o vede v Interstellar, ktorá sa zaoberá spomaľovaním gravitácie a zobrazuje niekoľko cudzích planét obiehajúcich okolo jednej tesne vedľa seba, by si mali prečítať Thornovu novú knihu, ktorá nesie jednoznačný názov The Science of Interstellar.
Kde je červia diera. Červí diery vo všeobecnej teórii relativity
(GR) umožňuje existenciu takýchto tunelov, aj keď pre existenciu priechodnej červej diery je potrebné, aby bola vyplnená negatívnou, ktorá vytvára silné gravitačné odpudzovanie a zabraňuje zrúteniu diery. Riešenia typu červej diery vznikajú v rôzne možnosti, aj keď až úplné štúdium otázka je ešte veľmi ďaleko.
Oblasť v blízkosti najužšej časti krtinca sa nazýva „hrdlo“. Červí diery sa delia na „vnútrovesmírne“ a „medzivesmírne“, podľa toho, či je možné prepojiť jej vstupy krivkou, ktorá nepretína krk.
Sú tu aj priechodné (prejazdné) a nepriechodné krtince. Tie zahŕňajú tie tunely, ktoré sú príliš rýchle na to, aby sa pozorovateľ alebo signál (s rýchlosťou nepresahujúcou rýchlosť svetla) dostal z jedného vchodu do druhého. Klasický príklad nepriechodný krtinec - v, a priechodný -.
Prechodná vnútrosvetová červia diera poskytuje hypotetickú možnosť, ak sa napríklad jeden z jej vchodov pohybuje relatívne voči druhému, alebo ak je v silnom, kde sa plynutie času spomaľuje. Červí diery môžu tiež hypoteticky vytvárať príležitosť na medzihviezdne cestovanie, a preto sa v nich často nachádzajú červie diery.
Vesmírne červie diery. Cez „krtince“ – ku hviezdam?
Bohužiaľ, o praktické využitie„červími dierami“ na dosiahnutie vzdialených vesmírnych objektov sa zatiaľ nehovorí. Ich vlastnosti, odrody, miesta možného umiestnenia sú zatiaľ známe iba teoreticky - aj keď, vidíte, je to už dosť veľa. Koniec koncov, máme veľa príkladov toho, ako teoretické konštrukcie, ktoré sa zdali čisto špekulatívne, viedli k vzniku nových technológií, ktoré radikálne zmenili život ľudstva. Jadrová energia, počítače, mobilná komunikácia, genetické inžinierstvo... ale nikdy neviete, čo ešte?
Medzitým je známe nasledovné o „červích dierach“ alebo „červích dierach“. V roku 1935 Albert Einstein a americko-izraelský fyzik Nathan Rosen navrhli existenciu akýchsi tunelov spájajúcich rôzne vzdialené oblasti vesmíru. Vtedy sa ešte nenazývali „červími dierami“ alebo „krtovými dierami“, ale jednoducho – „Einstein-Rosenovými mostami“. Keďže takéto mosty vyžadovali pre vznik takýchto mostov veľmi silné zakrivenie priestoru, doba ich existencie bola veľmi krátka. Nikto a nič by takýto most nestihlo „prebehnúť“ – vplyvom gravitácie sa takmer okamžite „zrútil“.
A preto zostal v praktickom zmysle úplne zbytočný, aj keď zábavným dôsledkom všeobecnej teórie relativity.
Neskôr sa však objavili myšlienky, že niektoré interdimenzionálne tunely by mohli existovať pomerne dlho – za predpokladu, že sú naplnené nejakou exotickou hmotou s negatívnou hustotou energie. Takáto hmota vytvorí namiesto príťažlivosti gravitačné odpudzovanie a tým zabráni „kolapsu“ kanála. Potom sa objavil názov „červí diera“. Mimochodom, naši vedci uprednostňujú názov „krtinec“ alebo „červí diera“: význam je rovnaký, ale znie oveľa krajšie ...
Americký fyzik John Archibald Wheeler (1911-2008), ktorý rozvíja teóriu „červích dier“, navrhol, aby boli preniknuté elektrické pole; navyše samotné elektrické náboje sú v skutočnosti ústiami mikroskopických „červích dier“. Ruský astrofyzik akademik Nikolaj Semjonovič Kardashev verí, že „červí diery“ môžu dosiahnuť obria veľkosť a že v strede našej Galaxie vôbec nie sú masívne čierne diery, ale ústia takýchto „nor“.
Z praktického hľadiska budú pre budúcich vesmírnych cestovateľov zaujímavé „červí diery“, ktoré sú pomerne dlho udržiavané v stabilnom stave a navyše sú vhodné, aby nimi preleteli kozmické lode.
Američania Kip Thorne a Michael Morris vytvorili teoretický model takýchto kanálov. Ich stabilitu však zaisťuje „exotická hmota“, o ktorej sa vlastne nič nevie a do ktorej je azda lepšie pre pozemskú techniku ani nezasahovať.
Ale ruskí teoretici Sergej Krasnikov z observatória Pulkovo a Sergej Suškov z Kazane federálna univerzita predložil myšlienku, že stabilitu červej diery možno dosiahnuť bez akejkoľvek negatívnej hustoty energie, ale jednoducho vďaka polarizácii vákua v „diere“ (tzv. Sushkovov mechanizmus).
Vo všeobecnosti teraz existuje celý rad teórií „červích dier“ (alebo, ak chcete, „červích dier“). Veľmi všeobecná a špekulatívna klasifikácia ich delí na „priechodné“ – stabilné, Morrisovo – Thornove červie diery a nepriechodné – Einsteinovo – Rosenove mosty. Okrem toho sa červie diery líšia svojou mierkou – od mikroskopických po gigantické, veľkosťou porovnateľné s galaktickými „čiernymi dierami“. A nakoniec, podľa ich účelu: „vnútrovesmír“, spájajúci rôzne miesta toho istého zakriveného Vesmíru a „medzivesmír“ (medzivesmír), umožňujúci dostať sa do iného časopriestorového kontinua.
Gravitácia [Od krištáľových gúľ po červie diery] Petrov Alexander Nikolaevič
Červími dierami
Červími dierami
Krtko nedávno vykopal novú dlhú galériu pod zemou od svojho príbytku až po dvere poľnej myši a dovolil myši a dievčaťu chodiť v tejto galérii, ako dlho chceli.
Hans Christian Andersen "Thumbelina"
Myšlienka červích dier patrí Albertovi Einsteinovi a Nathanovi Rosenovi (1909–1995). V roku 1935 ukázali, že GR umožňuje takzvané "mosty" - prechody vo vesmíre, cez ktoré sa dá, zdalo by sa, dostať z jednej časti vesmíru do druhej alebo z jedného vesmíru do druhého oveľa rýchlejšie ako bežným spôsobom. . Ale "most" Einstein - Rosen je dynamický objekt, po preniknutí pozorovateľa do neho sú výstupy komprimované.
Je možné obrátiť kompresiu? Ukazuje sa, že môžete. Na tento účel je potrebné vyplniť priestor „mostu“ špeciálnou látkou, ktorá zabraňuje stlačeniu. Takéto "mosty" sa nazývajú červie diery, v anglickej verzii - červích dier(červích dier).
špeciálne materiál červích dier a obvyklé sa líšia v tom, že sa „pretláčajú“ časopriestorom rôznymi spôsobmi. Pri bežnej hmote jej zakrivenie (kladné) pripomína časť povrchu gule a pri špeciálnej hmote zakrivenie (negatívne) zodpovedá tvaru povrchu sedla. Na obr. 8.6 schematicky znázorňuje 2-rozmerné priestory negatívneho, nulového (plochého) a pozitívneho zakrivenia. Preto je na deformáciu časopriestoru, ktorá nedovolí červej diere zmenšiť, potrebná exotická hmota, ktorá vytvára odpudivosť. Klasické (nekvantové) zákony fyziky takéto stavy hmoty vylučujú, ale kvantové zákony, ktoré sú flexibilnejšie, umožňujú. Exotická hmota bráni vytvoreniu horizontu udalostí. A nedostatok horizontu znamená, že môžete nielen spadnúť do červej diery, ale aj vrátiť sa. Absencia horizontu udalostí vedie aj k tomu, že cestovateľ, fanúšik červích dier, je vždy k dispozícii teleskopom vonkajších pozorovateľov a možno s ním udržiavať rádiový kontakt.
Ryža. 8.6. Dvojrozmerné povrchy rôzneho zakrivenia
Ak si predstavíme, ako vznikajú čierne diery, tak ako vznikajú „červí diery“. modernej dobe a či vôbec vznikajú, je úplne nejasné. Na druhej strane sa to dnes už takmer všeobecne akceptuje skoré štádium Vývoj vesmíru červích dier bol veľmi veľký. Predpokladá sa, že pred začiatkom Veľkého tresku (o ktorom si povieme v ďalšej kapitole), pred expanziou, bol vesmír časopriestorovou penou s veľmi veľkými fluktuáciami zakrivenia, zmiešanou so skalárnym poľom. Penové bunky boli vzájomne prepojené. A po Veľkom tresku by tieto bunky mohli zostať spojené, čo môžu byť červie diery v našej dobe. O tomto type modelu sa hovorilo vo Wheelerových publikáciách v polovici 50. rokov 20. storočia.
Ryža. 8.7, Červí diera v uzavretom vesmíre
Existuje teda zásadná možnosť vstúpiť do červej diery a vyjsť von v inom bode vesmíru alebo v inom vesmíre (obr. 8.7). Ak použijete dostatočne výkonný ďalekohľad na to, aby ste sa pozreli cez krk do červej diery, môžete vidieť svetlo dávnej minulosti a dozvedieť sa o udalostiach, ktoré sa stali pred niekoľkými miliardami rokov. Signál z miesta pozorovania by totiž mohol dlho putovať vesmírom, aby vstúpil do červej diery z opačnej strany a vyšiel z miesta pozorovania. A ak červie diery skutočne vznikli súčasne so zrodom vesmíru, potom v takomto tuneli môžete vidieť najvzdialenejšiu minulosť.
Z pozície cestovania v čase dvaja známi vedci, uznávaní odborníci na štúdium čiernych dier, Kip Thorne z Kalifornského technologického inštitútu a Igor Novikov z Astrokozmického centra Lebedevovho fyzikálneho inštitútu, publikovali sériu článkov na začiatku 80. rokov obhajoval zásadnú možnosť vytvorenia stroja času.
Ak si však spomeniete na fantasy romány na túto tému, každý z nich uvádza, že cestovanie v čase bude pravdepodobne deštruktívne. Vo vážnej teórii sa ukazuje, že žiadne deštruktívne akcie s pomocou stroja času Thorna a Novikova nie sú nemožné. Vzťahy príčina-následok sa neporušujú, všetky udalosti sa dejú tak, že sa nedajú zmeniť – určite sa nájde prekážka, ktorá zabráni cestovateľovi v čase zabiť „Bradbury Butterfly“.
Vchod do červej diery môže byť najviac rôzne veľkosti, neexistujú žiadne obmedzenia – od kozmických mierok až po veľkosť, doslova, zrniek piesku. Keďže červia diera je akýmsi príbuzným čiernej diery, nemali by ste v jej štruktúre hľadať ďalšie rozmery. Ak je toto niekam posun, tak v jazyku geometrie ide o komplexnú topológiu. Položme si otázku. Ako nájsť červiu dieru? Opäť si pamätajte, že ide o príbuzného čiernej diery, takže blízko časopriestoru by mal byť silne zakrivený. Prejavy (pozorovateľné a nepozorovateľné) takéhoto zakrivenia boli diskutované vyššie. Sú však možné modely červích dier, pre ktoré neexistuje lokálne zakrivenie. Pri približovaní sa k takejto „diere“ pozorovateľ nič nezažije, no ak o ňu narazí, spadne ako z útesu. Ale takéto modely sú najmenej preferované, vznikajú rôzne rozpory a preháňania.
Nedávno skupina našich vedcov - Nikolaj Kardashev, Igor Novikov a Alexander Shatsky - dospela k záveru, že vlastnosti exotickej hmoty, ktorá podporuje červiu dieru, sú veľmi podobné vlastnostiam magnetických alebo elektrických polí. Výsledkom výskumu sa ukázalo, že vstup do tunela bude veľmi podobný magnetickému monopólu, teda magnetu s jedným pólom. V prípade červích dier neexistuje skutočný monopol: jeden krk červej diery má magnetické pole jedného znamenia a druhý má iné, iba druhý krk môže byť v inom vesmíre. Tak či onak, ale magnetické monopóly vo vesmíre doteraz neboli objavené, hoci ich pátranie stále prebieha. Ale v skutočnosti hľadajú elementárne častice s takouto vlastnosťou. V prípade červích dier je potrebné hľadať veľké magnetické monopóly.
Jednou z úloh nedávno spusteného medzinárodného observatória RadioAstron je hľadanie takýchto monopolov. Tu je to, čo projektový manažér Nikolai Kardashev hovorí v jednom zo svojich rozhovorov:
„S týmito observatóriami sa pozrieme do čiernych dier a uvidíme, či sú to červie diery. Ak sa ukáže, že vidíme len oblaky plynu prechádzať okolo a pozorujeme rôzne efekty spojené s gravitáciou čiernej diery, napríklad zakrivenie trajektórie svetla, potom to bude čierna diera. Ak uvidíme rádiové vlny prichádzajúce zvnútra, bude jasné, že nejde o čiernu dieru, ale o červiu dieru. Zostavme si obraz magnetického poľa pomocou Faradayovho efektu. Doteraz na to rozlíšenie pozemných ďalekohľadov nestačilo. A ak sa ukáže, že magnetické pole zodpovedá monopólu, potom je to takmer určite „červí diera“. Najprv však musíte vidieť.
…Po prvé, navrhujeme preskúmať supermasívne čierne diery v centrách našich a blízkych galaxií. Pre nás je to veľmi kompaktný objekt s hmotnosťou 3 milióny hmotností Slnka. Myslíme si, že je to čierna diera, ale môže to byť aj červia diera. Existujú objekty ešte grandióznejšie. Najmä v strede k nám najbližšej masívnej galaxii M 87 v súhvezdí Panna sa nachádza čierna diera s hmotnosťou 3 miliárd sĺnk. Tieto objekty patria medzi najdôležitejšie pre výskum RadioAstronom. Ale nielen oni. Existujú napríklad niektoré pulzary, ktoré môžu byť dvomi vchodmi do tej istej „červej diery“. A tretím typom objektov sú výboje gama žiarenia, na ich mieste dochádza aj ku krátkodobému optickému a rádiovému vyžarovaniu. Pozorujeme ich z času na čas aj na veľmi veľké vzdialenosti – ako pri najvzdialenejších viditeľných galaxiách. Sú veľmi mocní a my ešte úplne nerozumieme, čo sú zač. Vo všeobecnosti je teraz pripravený katalóg tisíc objektov na pozorovanie.“
Pre publikačnú prácu so základnými rovnicami všeobecnej teórie relativity (GR). Neskôr sa ukázalo, že nová teória gravitácie, ktorá má v roku 2015 100 rokov, predpovedá existenciu čiernych dier a časopriestorových tunelov. Lenta.ru o nich povie.
Čo je OTO
Všeobecná relativita je založená na princípoch ekvivalencie a všeobecnej kovariancie. Najprv ( slabý princíp) znamená úmernosť zotrvačnej (spojenej s pohybom) a gravitačnej (spojenej s gravitáciou) hmotnosti a umožňuje (silný princíp) v obmedzenej oblasti priestoru nerozlišovať medzi gravitačným poľom a pohybom so zrýchlením. Klasickým príkladom je výťah. Pri jej rovnomerne zrýchlenom pohybe nahor vzhľadom k Zemi pozorovateľ v nej nachádzajúci sa nedokáže určiť, či sa nachádza v silnejšom gravitačnom poli alebo sa pohybuje v objekte vytvorenom človekom.
Druhý princíp (všeobecná kovariancia) predpokladá, že rovnice GR si zachovávajú svoj tvar pri transformáciách špeciálna teória teória relativity vytvorená Einsteinom a ďalšími fyzikmi v roku 1905. Myšlienky ekvivalencie a kovariancie viedli k potrebe uvažovať o jedinom časopriestore, ktorý je zakrivený v prítomnosti masívnych objektov. To odlišuje všeobecnú teóriu relativity od klasickej Newtonovej teórie gravitácie, kde je priestor vždy plochý.
Všeobecná relativita v štyroch dimenziách zahŕňa šesť nezávislých parciálnych diferenciálnych rovníc. Na ich vyriešenie (nájdenie explicitnej podoby metrického tenzora popisujúceho zakrivenie časopriestoru) je potrebné nastaviť okrajové a súradnicové podmienky, ako aj tenzor energie a hybnosti. Ten popisuje rozloženie hmoty v priestore a spravidla je spojený so stavovou rovnicou používanou v teórii. Okrem toho rovnice GR umožňujú zavedenie kozmologickej konštanty (člen lambda), ktorá je často spojená s temnou energiou a pravdepodobne aj so skalárnym poľom, ktoré jej zodpovedá.
Čierne diery
V roku 1916 nemecký matematický fyzik Karl Schwarzschild našiel prvé riešenie rovníc GR. Popisuje gravitačné pole vytvorené centrálne symetrickým rozložením hmoty s nulovým elektrickým nábojom. Toto riešenie obsahovalo takzvaný gravitačný polomer telesa, ktorý určuje rozmery objektu so sféricky symetrickým rozložením hmoty, ktorý fotóny (kvantá pohybujúce sa rýchlosťou svetla) nie sú schopné opustiť. elektromagnetického poľa).
Takto definovaná Schwarzschildova guľa je totožná s konceptom horizontu udalostí a ňou ohraničený masívny objekt je zhodný s konceptom čiernej diery. Vnímanie telesa približujúceho sa k nemu v rámci všeobecnej relativity sa líši v závislosti od polohy pozorovateľa. Pre pozorovateľa spojeného s telom dôjde k dosiahnutiu Schwarzschildovej gule v konečnom správnom čase. Pre vonkajšieho pozorovateľa bude priblíženie telesa k horizontu udalostí trvať nekonečne dlho a bude vyzerať ako jeho neobmedzený pád do Schwarzschildovej sféry.
K teórii neutrónových hviezd prispeli aj sovietski teoretickí fyzici. V článku „O teórii hviezd“ z roku 1932 Lev Landau predpovedal existenciu neutrónových hviezd a v práci „O zdrojoch hviezdnej energie“, publikovanej v roku 1938 v časopise Nature, navrhol existenciu hviezd s tzv. neutrónové jadro.
Ako sa masívne objekty menia na čierne diery? Konzervatívnu a v súčasnosti najuznávanejšiu odpoveď na túto otázku dali v roku 1939 teoretickí fyzici Robert Oppenheimer (v roku 1943 sa stal vedeckým riaditeľom projektu Manhattan, v rámci ktorého bola v USA vytvorená prvá atómová bomba na svete) a jeho postgraduálny študent Hartland Snyder.
V 30. rokoch 20. storočia sa astronómovia začali zaujímať o otázku budúcnosti hviezdy, ak v jej vnútri dôjde jadrové palivo. Pre malé hviezdy, ako je Slnko, evolúcia povedie k premene na bielych trpaslíkov, v ktorých je gravitačná kontrakčná sila vyvážená elektromagnetickým odpudzovaním elektrón-nukleárnej plazmy. V ťažších hviezdach je gravitácia silnejšia ako elektromagnetizmus a vznikajú neutrónové hviezdy. Jadro takýchto objektov je tvorené neutrónovou kvapalinou a je pokryté tenkou plazmovou vrstvou elektrónov a ťažkých jadier.
Obrázok: East News
Hraničnú hodnotu hmotnosti bieleho trpaslíka, ktorá mu bráni premeniť sa na neutrónovú hviezdu, prvýkrát odhadol v roku 1932 indický astrofyzik Subramanyan Chandrasekhar. Tento parameter je vypočítaný z podmienok rovnováhy pre degenerovaný elektrónový plyn a gravitačné sily. Moderná hodnota Chandrasekharovho limitu sa odhaduje na 1,4 slnečná hmota.
Horná hranica hmotnosti neutrónovej hviezdy, pri ktorej sa nepremení na čiernu dieru, sa nazýva Oppenheimer-Volkovov limit. Určuje sa z podmienok rovnováhy pre tlak degenerovaných neutrónových plynov a gravitačné sily. V roku 1939 bola získaná hodnota 0,7 hmotnosti Slnka, moderné odhady sa pohybujú od 1,5 do 3,0.
Krtkova diera
Fyzicky je červia diera (červí diera) tunel spájajúci dve vzdialené oblasti časopriestoru. Tieto oblasti môžu byť v rovnakom vesmíre alebo môžu spájať rôzne body rôznych vesmírov (v rámci konceptu multivesmíru). Podľa schopnosti návratu cez otvor sa delia na priechodné a nepriechodné. Nepriechodné diery sa rýchlo uzavrú a neumožnia prípadnému cestovateľovi spiatočnú cestu.
Z matematického hľadiska je červia diera hypotetický objekt získaný ako špeciálne nesingulárne (konečné a s fyzikálnym významom) riešenie GR rovníc. Červí diery sú zvyčajne zobrazené ako ohnutý dvojrozmerný povrch. Z jednej jej strany na druhú sa dostanete bežným spôsobom aj tunelom, ktorý ich spája. Vo vizuálnom prípade dvojrozmerného priestoru je vidieť, že to môže výrazne znížiť vzdialenosť.
V 2D majú hrdlá červích dier - otvory, z ktorých tunel začína a končí - tvar kruhu. V troch rozmeroch vyzerá ústie červej diery ako guľa. Takéto objekty sú tvorené z dvoch singularít v rôznych časopriestorových oblastiach, ktoré sa v hyperpriestore (vyššom dimenzionálnom priestore) spájajú a vytvárajú dieru. Keďže diera je časopriestorový tunel, môžete ňou cestovať nielen v priestore, ale aj v čase.
Prvýkrát riešenia GR rovníc typu červej diery predložil v roku 1916 Ludwig Flamm. Jeho práca, ktorá popisovala červiu dieru s guľovitým hrdlom bez gravitačnej hmoty, pozornosť vedcov nevzbudila. V roku 1935 Einstein a americko-izraelský teoretický fyzik Nathan Rosen, nepoznajúci Flammovu prácu, našli podobné riešenie ako rovnice GR. V tejto práci ich viedla túžba spojiť gravitáciu s elektromagnetizmom a zbaviť sa singularít Schwarzschildovho riešenia.
V roku 1962 americkí fyzici John Wheeler a Robert Fuller ukázali, že červia diera Flamm a most Einstein-Rosen sa rýchlo zrútia, a preto sú nepriechodné. Prvé riešenie rovníc GR s priechodnou červou dierou navrhol v roku 1986 americký fyzik Kip Thorne. Jeho červia diera je vyplnená hmotou so zápornou priemernou hustotou hmoty, ktorá bráni uzavretiu tunela. Elementárne častice s takýmito vlastnosťami sú pre vedu stále neznáme. Pravdepodobne môžu byť súčasťou temnej hmoty.
Dnešná gravitácia
Schwarzschildovo riešenie je pre čierne diery najjednoduchšie. Rotujúce a nabité čierne diery už boli popísané. konzistentné matematická teóriačierne diery as nimi spojené singularity boli vyvinuté v práci britského matematika a fyzika Rogera Penrosa. Už v roku 1965 publikoval v časopise Physical Review Letters článok s názvom „Gravity Collapse and Space-Time Singularities“.
Opisuje vznik takzvaného povrchu pasce, ktorý vedie k vývoju hviezdy na čiernu dieru a vzniku singularity – črty časopriestoru, kde rovnice GR dávajú riešenia, ktoré sú z fyzikálneho hľadiska nesprávne. z pohľadu. Penroseove závery sa považujú za prvý veľký matematicky rigorózny výsledok všeobecnej teórie relativity.
Krátko nato vedec spolu s Britom Stephenom Hawkingom ukázali, že v dávnej minulosti bol vesmír v stave nekonečnej hustoty hmoty. Singularity, ktoré vznikajú vo všeobecnej teórii relativity a sú opísané v prácach Penrosea a Hawkinga, vzdorujú vysvetleniu v modernej fyzike. To vedie najmä k nemožnosti opísať prírodu pred Veľkým treskom bez použitia ďalších hypotéz a teórií, napríklad kvantovej mechaniky a teórie strún. Rozvoj teórie červích dier je v súčasnosti tiež nemožný bez kvantovej mechaniky.
Fotografie z filmu „Interstellar“ s „ červiu dieru» (2014)
Vesmírny epický film Interstellar (hovoríme o sci-fi filme, ktorý vyšiel v októbri 2014) rozpráva o astronautoch, ktorí pri hľadaní možností na záchranu ľudstva objavia „cestu života“, ktorú predstavuje tajomný tunel.
Tento priechod sa nevysvetliteľne objavuje v blízkosti Saturnu a v časopriestore vedie človeka do vzdialenej galaxie, čím poskytuje šancu nájsť planéty obývané živými bytosťami. Planéty, ktoré sa môžu stať druhým domovom pre ľudí.
Hypotéze o existencii kinematografického tunela, ktorý vedci nazývali „červí diera“ alebo „červí diera“, predchádzala skutočná fyzikálna teória, ktorú navrhol jeden z prvých astrofyzikov a bývalý profesor Kalifornského technologického inštitútu. Kip Thorne.
Kip Thorne tiež pomohol astronómovi, astrofyzikovi, popularizátorovi vedy a jednému z tých, ktorí iniciovali projekt hľadania mimozemskej inteligencie – Carlovi Saganovi – vytvoriť model červej diery pre jeho román „Kontakt“. Presvedčivosť vizuálnych obrazov vo filme je pre vesmírnych vedcov taká zrejmá, že astrofyzici pripúšťajú, že ide azda o najpresnejšie snímky červích dier a čiernych dier, aké vo svetovej kinematografii existujú.
V tomto filme je len jeden „malý“ detail, ktorý pozorného diváka prenasleduje: lietať v podobnom vesmírnym expresom je, samozrejme, skvelé, ale až teraz sa pilotom podarí udržať dub v procese. veľmi medzihviezdny pohyb?
Tvorcovia vesmírneho trháku radšej nespomenuli, že pôvodná teória červích dier patrila iným popredným teoretikom astrofyziky – vypracoval ju už Albert Einstein spolu so svojím asistentom Nathanom Rosenom. Títo vedci sa pokúsili vyriešiť Einsteinove rovnice pre všeobecnú teóriu relativity tak, že výsledkom bol matematický model celého vesmíru spolu s príťažlivými silami a elementárnymi časticami, ktoré tvoria hmotu. V procese tohto všetkého bol urobený pokus predstaviť si priestor ako dve geometrické roviny spojené navzájom „mostmi“.
Paralelne, ale nezávisle od Einsteina, podobnú prácu vykonával ďalší fyzik – Ludwig Flamm, ktorý v roku 1916, tiež pri riešení Einsteinových rovníc, objavil takéto „mosty“.
Všetci traja „stavitelia mostov“ utrpeli všeobecné sklamanie, pretože „teória všetkého, čo existuje“, sa ukázala ako neživotaschopná: takéto „mosty“ teoreticky vôbec nepôsobili ako skutočné elementárne častice.
Napriek tomu v roku 1935 Einstein a Rosen publikovali prácu, v ktorej prezentovali vlastnú teóriu tunelov v časopriestorovom kontinuu. Táto práca, ako ju koncipovali autori, mala očividne povzbudiť ďalšie generácie vedcov, aby sa zamysleli nad možnosťou aplikácie takejto teórie.
fyzik z Princetonská univerzita John Wheeler svojho času zaviedol do slovnej zásoby označenie „červí diera“, ktoré sa v minulých rokoch používalo na štúdium konštrukcie modelov „mostov“ podľa Einstein-Rosenovej teórie. Wheeler si všimol: taký „most“ bolestne pripomína priechod, ktorý ohlodá červ v ovocí. Predstavte si mravca, ktorý sa plazí z jednej strany hrušky na druhú - môže sa plaziť po celom zakrivenom povrchu alebo po skrátení cesty prejsť cez ovocie tunelom s červou dierou.
A čo keď si predstavíme, že naše trojrozmerné časopriestorové kontinuum je šupkou hrušky, ktorá ako zakrivená plocha uzatvára „hmotnosť“ s oveľa väčšími rozmermi? Možno, že "most" Einstein-Rosen je práve tunel, ktorý pretína túto "masu", umožňuje pilotom hviezdnych lodí zmenšiť vzdialenosť v priestore medzi dvoma bodmi. Pravdepodobne v tomto prípade hovoríme o skutočnom matematickom riešení všeobecnej teórie relativity.
Podľa Wheelera ústia Einstein-Rosenových „mostov“ veľmi pripomínajú takzvanú Schwarzschildovu čiernu dieru – jednoduchú hmotu, ktorá má guľovitý tvar a takú vysokú hustotu, že jej príťažlivú silu nedokáže prekonať ani svetlo. . Astronómovia majú vyhranený názor na existenciu „čiernych dier“. Veria, že tieto útvary sa rodia, keď sa veľmi masívne hviezdy „zrútia“ alebo vymrú.
Nakoľko opodstatnená je hypotéza, že „čierna diera“ je to isté ako „červia diera“ alebo tunel, ktorý umožňuje cestovanie vesmírom na veľké vzdialenosti? Možno je toto tvrdenie z pohľadu matematiky pravdivé. Ale len teoreticky: v takejto výprave nebudú žiadni preživší.
Schwarzschildov model predstavuje tmavý stred „čiernej diery“ ako singulárny bod alebo centrálnu neutrálnu nehybnú guľu s nekonečnou hustotou. Wheelerove výpočty ukazujú dôsledky toho, čo sa stalo v prípade vzniku takejto „červej diery“, keď sa dva singulárne body („čierne diery“ Schwarzschilda) v dvoch vzdialených častiach Vesmíru zbiehajú v jeho „hmotnosti“ a vytvárajú tunel medzi ich.
Výskumník zistil, že takáto „červí diera“ má nestabilnú povahu: tunel sa najskôr vytvorí a potom sa zrúti, po ktorom zostanú opäť len dva singulárne body („čierne diery“). Postup pri objavení sa a zabuchnutí tunela prebieha tak bleskovo, že ním neprenikne ani lúč svetla, nehovoriac o astronautovi, ktorý sa snaží prekĺznuť - úplne ho pohltí „čierna diera“. Bez vtipu – hovoríme o okamžitej smrti, pretože gravitačné sily šialenej sily človeka roztrhajú na kusy.
"Čierne diery" a "biele škvrny"
Thorne vydal knihu "The Science of the Movie Interstellar" v rovnakom čase ako film. V tomto diele potvrdzuje: "Akékoľvek telo - živé alebo neživé - bude v momente zrútenia tunela rozdrvené a roztrhané na kusy!"
Pre inú, alternatívnu možnosť - rotujúcu Kerrovu "čiernu dieru" - výskumníci "bielych škvŕn" pri medziplanetárnom cestovaní našli iné riešenie ako všeobecná teória relativity. Výnimočnosť vo vnútri Kerrovej „čiernej diery“ má iný, nie guľovitý, ale prstencový tvar.
jej určité modely môže dať človeku šancu prežiť v medzihviezdnom lete, ale iba ak loď prejde týmto otvorom výlučne stredom prstenca. Niečo ako vesmírny basketbal, len cena za zásah tu nie sú body navyše: v stávke je existencia hviezdnej lode spolu s jej posádkou.
Autor knihy The Science of Interstellar Kip Thorne o stave teórie pochybuje. Ešte v roku 1987 napísal článok o prelete „červej diery“, kde poukazuje na dôležitý detail: hrdlo tunela Kerr má veľmi nespoľahlivý úsek, ktorý sa nazýva „Cauchyho horizont“.
Ako ukazujú zodpovedajúce výpočty, akonáhle sa teleso pokúsi prejsť daným bodom, tunel sa zrúti. Navyše, aj za podmienky určitej stabilizácie „červí diery“ sa, ako hovorí kvantová teória, okamžite zaplní rýchlymi časticami s vysokou energiou.
Preto, akonáhle sa zapichnete do Kerrovej „čiernej diery“, zostane z vás suchá opražená kôrka.
Dôvod – „strašná akcia na diaľku“?
Faktom je, že fyzici ešte neprispôsobili klasické zákony gravitácie kvantovej teórii – tento úsek matematiky je príliš náročný na pochopenie a mnohí vedci mu nedali presnú definíciu.
Princetonský vedec Juan Malzadena a jeho kolega zo Stanfordu Leonard Susskind zároveň navrhli, že „červí diery“ zjavne nie sú ničím iným ako materiálnym stelesnením zapletenia v čase, keď sa kvantové objekty spájajú – bez ohľadu na to, či sú od seba vzdialené. priateľ.
Albert Einstein mal pre takýto spletenec svoje vlastné meno – „strašná akcia na veľké vzdialenosti“, skvelý fyzik a nenapadlo ho súhlasiť so všeobecne akceptovaným názorom. Napriek tomu mnohé experimenty dokázali existenciu kvantového zapletenia. Navyše sa už používa na komerčné účely - s jeho pomocou sú chránené online prenosy dát, ako sú bankové transakcie.
Podľa Malsadena a Susskinda je kvantová previazanosť vo veľkých objemoch schopná ovplyvniť zmenu geometrie časopriestorového kontinua a prispieť k vzniku „červích dier“ vo forme prepojených „čiernych dier“. Ale hypotéza týchto vedcov neumožňuje vznik priechodných medzihviezdnych tunelov.
Podľa Malsadena tieto tunely na jednej strane neumožňujú lietať rýchlejšie ako rýchlosť svetla a na druhej strane môžu pomôcť astronautom stretnúť sa tam, vo vnútri, s niekým „iným“. Je pravda, že z takéhoto stretnutia nie je žiadne potešenie, pretože po stretnutí bude nasledovať nevyhnutná smrť z gravitačného nárazu do stredu „čiernej diery“.
Jedným slovom, „čierne diery“ sú skutočnou prekážkou ľudského prieskumu vesmíru. Čo by v tomto prípade mohli byť „červí diery“? Podľa Avi Loeba, vedca z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, majú ľudia v tomto smere veľa možností: keďže neexistuje žiadna teória, ktorá by spájala všeobecnú teóriu relativity s kvantovou mechanikou, nie sme si vedomí celého súboru možných časopriestorov. štruktúry, kde sa môžu objaviť „červí diery“.
Zrútia sa
Ale ani tu nie je všetko také jednoduché. Ten istý Kip Thorne v roku 1987 vytvoril jedinečnosť pre akúkoľvek „červí dieru“, ktorá zodpovedá všeobecnej teórii relativity, aby sa zrútila, ak sa ju nepokúsite udržať otvorenú kvôli takzvanej exotickej hmote, ktorá má negatívnu energiu alebo antigravitáciu. Thorne uisťuje, že skutočnosť, že existuje exomater, sa dá zistiť experimentálne.
Experimenty ukážu, že kvantové fluktuácie vo vákuu sú zjavne schopné vytvoriť podtlak medzi dvoma zrkadlami, ktoré sú umiestnené veľmi blízko.
Na druhej strane, podľa Avi Loeba, ak budete pozorovať takzvanú temnú energiu, potom tieto štúdie dajú ešte viac dôvodov veriť v existenciu exotickej hmoty.
Vedec z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics hovorí, že „...vidíme, ako vesmírna história galaxie sa od nás vzďaľujú rýchlosťou narastajúcou v čase, akoby na ne pôsobila antigravitácia – takéto zrýchľujúce sa rozpínanie Vesmíru možno vysvetliť, ak je Vesmír vyplnený látkou s podtlakom, presne tým materiálom, ktorý je potrebný na vznik červej diery ... “.
Loeb aj Thorne zároveň veria, že aj keď sa „červí diera“ môže objaviť prirodzene, vyžadovalo by si to veľa exotickej hmoty. Len vysoko rozvinutá civilizácia bude schopná akumulovať takúto energetickú rezervu a následne stabilizovať takýto tunel.
V názoroch na túto teóriu tiež „neexistuje zhoda medzi súdruhmi“. Tu je to, čo si napríklad ich kolegyňa Malsadena myslí o zisteniach Loeba a Thorna:
„... Verím, že myšlienka stabilnej priechodnej červej diery nie je dostatočne zrozumiteľná a zjavne nezodpovedá známym fyzikálnym zákonom...“ Sabina Hossenfelder zo Škandinávskeho inštitútu pre teoretickú fyziku vo Švédsku to úplne rozbije Loeb-Thornove závery na márne kúsky: „... Nemáme absolútne žiadne dôkazy o existencii exotickej hmoty. Navyše existuje rozšírený názor, že nemôže existovať, pretože ak by existoval, vákuum by bolo nestabilné...“
Aj v prípade existencie takejto exotickej hmoty Hossen-felder rozvíja svoju myšlienku, pohybovať sa v nej by bolo mimoriadne nepríjemnou vecou: zakaždým by vnemy boli priamo úmerné stupňu zakrivenia časopriestorovej štruktúry okolo. tunel a hustota energie v ňom. Sabine Hossenfelder uzatvára:
„... Toto je veľmi podobné„ čiernym dieram “: sily tvoriace príliv sú príliš veľké – a človek bude roztrhaný na kusy...“
Paradoxne, Thorne aj napriek jeho prínosu pre film Interstellar ani veľmi neverí, že sa takýto pochôdzny tunel môže niekedy objaviť. A v možnosti prejsť cez ňu (bez ujmy!) - astronauti - a ešte viac. Sám to priznáva vo svojej knihe:
„...Ak môžu existovať [tunely], potom veľmi pochybujem, že môžu prirodzene vzniknúť v astrofyzikálnom vesmíre...“
... Tak verte po tom sci-fi filmom!
Červí diera alebo červia diera je hypotetický topologický znak časopriestoru, ktorý je „tunelom“ v priestore v každom časovom okamihu (časopriestorový tunel). Červí diera vám teda umožňuje pohybovať sa v priestore a čase. Oblasti, ktoré červia diera spája, môžu byť oblasťami jedného priestoru alebo môžu byť úplne odpojené. V druhom prípade je červia diera jediným spojením medzi týmito dvoma regiónmi. Prvý druh červích dier sa často nazýva „vnútrosvetský“ a druhý druh je „medzisvetový“.
Ako viete, Všeobecná teória relativity zakazuje pohyb vo vesmíre rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla. Na druhej strane všeobecná relativita umožňuje existenciu časopriestorových tunelov, je však potrebné, aby bol tunel vyplnený exotickou hmotou s negatívnou hustotou energie, ktorá vytvára silné gravitačné odpudzovanie a zabraňuje zrúteniu tunela.
Ako také častice exotickej hmoty sa najčastejšie označujú tachyóny. Tachyóny sú hypotetické častice, ktoré sa pohybujú rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Aby takéto častice nenarúšali všeobecnú relativitu, predpokladá sa, že hmotnosť tachyónov je záporná.
V súčasnosti neexistuje spoľahlivé experimentálne potvrdenie existencie tachyónov v laboratórnych experimentoch resp astronomické pozorovania. Fyzici sa môžu pochváliť iba „pseudo-negatívnou“ hmotnosťou elektrónov a atómov, ktoré sú získané pomocou vysoká hustota elektrické polia, špeciálna polarizácia laserových lúčov či ultranízke teploty. V druhom prípade sa experimenty uskutočnili s Bose-Einsteinovým kondenzátom, súhrnným stavom hmoty založenom na bozónoch ochladených na teploty blízke absolútnej nule (menej ako milióntina kelvinu). V takomto silne ochladenom stave sa dostatočne veľký počet atómov ocitne vo svojich minimálnych možných kvantových stavoch a kvantové efekty sa začnú prejavovať na makroskopickej úrovni. Nobelova cena za fyziku bola udelená v roku 2001 za výrobu Boseho-Einsteinovho kondenzátu.
Množstvo odborníkov však naznačuje, že to môžu byť tachyóny. Tieto elementárne častice majú nenulovú hmotnosť, čo dokázala detekcia oscilácií neutrín. Posledný objav bol dokonca ocenený nobelová cena vo fyzike za rok 2015. Na druhej strane presná hodnota hmotnosti neutrín ešte nebola stanovená. Množstvo experimentov na meranie rýchlosti neutrín preukázalo, že ich rýchlosť môže mierne prekročiť rýchlosť svetla. Tieto údaje sú neustále spochybňované, ale v roku 2014 a Nová práca pri tejto príležitosti.
Teória strún
Paralelne niektorí teoretici naznačujú, že v ranom vesmíre sa mohli vytvoriť špeciálne formácie (kozmické struny) so zápornou hmotnosťou. Dĺžka reliktných kozmických strún môže dosiahnuť aspoň niekoľko desiatok parsekov s hrúbkou menšou ako je priemer atómu pri priemernej hustote 1022 gramov na cm3. Existuje niekoľko prác, že takéto útvary boli pozorované pri udalostiach gravitačnej šošovky svetla zo vzdialených kvazarov. Vo všeobecnosti je v súčasnosti najpravdepodobnejším kandidátom na „teóriu všetkého“ alebo jednotnú teóriu poľa, ktorá kombinuje teóriu relativity a kvantovú teóriu poľa. Podľa nej sú všetky elementárne častice kmitajúcimi vláknami energie s dĺžkou asi 10 -33 metrov, čo je porovnateľné s (min. možná veľkosť objekt vo vesmíre).
Teória jednotného poľa naznačuje, že v časopriestorových dimenziách sú bunky s minimálnou dĺžkou a časom. Minimálna dĺžka by sa mala rovnať Planckovej dĺžke (približne 1,6 x 10 −35 metrov).
Pozorovania vzdialených zábleskov gama zároveň naznačujú, že ak existuje priestorová zrnitosť, potom veľkosť týchto zŕn nie je väčšia ako 10 -48 metrov. Navyše nemohol potvrdiť niektoré dôsledky teórie strún, čo sa stalo vážnym argumentom pre omyl tejto základnej teórie modernej fyziky.
Potenciálne veľkú hodnotu na ceste k vytvoreniu jednotnej teórie poľa a časopriestorových tunelov je v roku 2014 objav teoretického spojenia medzi kvantovým prepletením a červími dierami. V novej teoretickej práci sa ukázalo, že vytvorenie časopriestorového tunela je možné nielen medzi dvoma masívnymi čiernymi dierami, ale aj medzi dvoma kvantovo previazanými kvarkami.
Kvantové zapletenie je jav v kvantovej mechanike, v ktorom sa kvantové stavy dvoch alebo viacerých objektov stávajú vzájomne závislými. Táto vzájomná závislosť pretrváva, aj keď sú tieto objekty oddelené v priestore mimo akýchkoľvek známych interakcií. Meranie parametra jednej častice vedie k okamžitému (nad rýchlosť svetla) ukončeniu zamotaného stavu druhej, čo je v logickom rozpore s princípom lokality (v tomto prípade nie je porušená teória relativity a informácie sa neprenášajú).
Kristan Jensen z University of Victoria (Kanada) a Andreas Karch z University of Washington (USA) opísali kvantový prepletený pár pozostávajúci z kvarku a antikvarku, ktoré sa od seba rútia rýchlosťou blízkou svetla, čo znemožňuje prenášať signály z jedného do druhého. Výskumníci sa domnievajú, že trojrozmerný priestor, v ktorom sa kvarky pohybujú, je hypotetickým aspektom štvorrozmerného sveta. V 3D priestore sú kvantové zapletené častice spojené akousi „šnúrou“. A v 4D priestore sa z tejto „struny“ stane červia diera.
Julian Sonner z Massachusetts Institute of Technology (USA) predstavil kvantovo zapletený pár kvark-antikvark, ktorý sa narodil v silnej elektrické pole, ktorý oddeľuje opačne nabité častice, čo spôsobuje ich rýchly pohyb rôznymi smermi. Sonner tiež dospel k záveru, že častice sú kvantovo zapletené trojrozmerný priestor, bude prepojená červou dierou v štvorrozmernom priestore. Pri výpočtoch fyzici použili takzvaný holografický princíp – koncept, podľa ktorého sa celá fyzika n-rozmerného sveta naplno odráža na jeho „fazetách“ s počtom rozmerov (n-1). S takouto „projekciou“ je kvantová teória, ktorá berie do úvahy účinky gravitácie v štvorrozmernom priestore, ekvivalentná kvantovej teórii „bez gravitácie“ v trojrozmernom priestore. Inými slovami, čierne diery v 4D priestore a červia diera medzi nimi sú matematicky ekvivalentné ich 3D holografickej projekcii.
Vyhliadky pre astronómiu gravitačných vĺn a neutrín
Najväčšie vyhliadky na štúdium vlastností hmoty na najmikroskopickejšej a vysokoenergetickej úrovni pre lepšie pochopenie kvantovej gravitácie má astronómia gravitačných vĺn a neutrín, pretože študuje vlny a častice s najvyššou penetračnou silou. Takže ak sa mikrovlnné žiarenie na pozadí vesmíru vytvorilo o 380 tisíc rokov neskôr, potom reliktné neutrína v prvých sekundách a reliktné gravitačné vlny len za 10 - 32 sekúnd! Navyše registrácia takéhoto žiarenia a častíc z čiernych dier alebo z katastrofických udalostí (fúzie a kolapsy masívnych hviezd) má veľkú perspektívu.
Na druhej strane sa aktívne rozvíjajú tradičné astrometrické observatóriá, ktoré dnes pokrývajú celé elektromagnetické spektrum. Takéto observatóriá dokážu odhaliť neočakávané objekty alebo javy v ranom vesmíre (prvé medzihviezdne oblaky,
