V sci-fi červích dier, alebo červích dier , je metóda často používaná na cestovanie na veľmi dlhé vzdialenosti vo vesmíre. Môžu tieto magické mosty skutočne existovať?
Pri všetkom mojom nadšení z budúcnosti ľudstva vo vesmíre je tu jeden zjavný problém. Sme mäkké mäsové vrecia tvorené väčšinou vodou a tie ostatné sú od nás tak ďaleko. Aj pri tých najoptimistickejších technológiách vesmírnych letov si vieme predstaviť, že nikdy nedosiahneme inú hviezdu v čase rovnajúcom sa trvaniu ľudského života.
Realita nám hovorí, že aj tie najbližšie hviezdy sú k nám nepochopiteľne ďaleko a na túto cestu bude treba obrovské množstvo energie či času. Realita nám hovorí, čo potrebujeme vesmírna loď, ktorá dokáže nejakým spôsobom lietať stovky či tisíce rokov, pričom sa na nej rodia astronauti, generácia za generáciou, žijú svoj život a umierajú pri lete k inej hviezde.
Sci-fi nás na druhej strane privádza k metódam budovania pokročilých motorov. Zapojte warp pohon a sledujte, ako sa hviezdy preháňajú okolo, vďaka čomu je cesta na Alpha Centauri taká rýchla a zábavná ako plavba na lodi niekde na mori.
Rám z filmu "Interstellar".
A viete, čo je ešte jednoduchšie? Červí diera; magický tunel, ktorý spája dva body priestoru a času navzájom. Stačí nastaviť cieľ, počkať, kým sa hviezdna brána stabilizuje, a už len letieť... preleťte pol galaxie do cieľa.
Áno, je to naozaj skvelé! Niekto mal vynájsť tieto červie diery, ktoré ohlasujú novú odvážnu budúcnosť medzigalaktického cestovania. Čo sú červie diery a ako skoro ich môžem použiť? Pýtaš sa...
Červí diera, známa aj ako Einsteinov-Rosenov most, je teoretická metóda na skladanie priestoru a času, aby ste mohli spojiť dva body v priestore. Potom sa môžete okamžite presunúť z jedného miesta na druhé.
Použijeme klasickú ukážku z , kde na papier nakreslíte čiaru medzi dvoma bodmi a potom papier zložíte a do týchto dvoch bodov vložíte ceruzku, aby ste cesto vyrezali. Na papieri to funguje skvele, ale je to skutočná fyzika?
Albert Einstein fotografoval v roku 1953. Fotograf: Ruth Orkin.
Ako nás učil Einstein, gravitácia nie je sila, ktorá priťahuje hmotu ako magnetizmus, je to vlastne zakrivenie časopriestoru. Mesiac si myslí, že len sleduje priamku vesmírom, ale v skutočnosti sleduje zakrivenú dráhu vytvorenú zemskou gravitáciou.
A tak by ste podľa fyzikov Einsteina a Nathana Rosena mohli guľu časopriestoru skrútiť tak tesne, že dva body by boli na rovnakom fyzickom mieste. Ak by ste dokázali udržať červiu dieru stabilnú, mohli by ste bezpečne oddeliť tieto dve oblasti časopriestoru tak, aby boli stále na rovnakom mieste, ale oddelené vzdialenosťou, ktorá sa vám páči.
Na jednej strane červej diery prechádzame gravitačnou studňou a potom sa rýchlosťou blesku objavíme na inom mieste vo vzdialenosti miliónov a miliárd svetelných rokov. Zatiaľ čo vytvorenie červích dier je teoreticky možné, z toho, čo v súčasnosti chápeme, sú prakticky nemožné.
Prvým veľkým problémom je, že podľa Všeobecnej teórie relativity sú červie diery nepriechodné. Takže majte na pamäti, že fyzika, ktorá tieto veci predpovedá, zakazuje ich použitie ako spôsob dopravy. Čo je pre nich dosť vážna rana.
Umelecké znázornenie vesmírnej lode pohybujúcej sa cez červiu dieru do vzdialenej galaxie. Poďakovanie: NASA.
Po druhé, aj keby sa dala vytvoriť červia diera, s najväčšou pravdepodobnosťou by bola nestabilná a po vytvorení by sa okamžite vypla. Ak by ste sa pokúsili prejsť na jeden koniec, mohli by ste jednoducho prepadnúť.
Po tretie, ak sú priechodné a dajú sa udržať stabilné, akonáhle sa cez ne pokúsi prejsť akákoľvek hmota – dokonca aj fotóny svetla – zničí červiu dieru.
Je tu iskierka nádeje, keďže fyzici stále neprišli na to, ako spojiť teórie gravitácie a kvantovej mechaniky. To znamená, že samotný vesmír môže vedieť o červích dierach niečo, čomu zatiaľ nerozumieme. Je možné, že vznikli prirodzene ako súčasť času, keď bol časopriestor celého vesmíru vtiahnutý do singularity.
Astronómovia navrhli hľadať červie diery vo vesmíre sledovaním toho, ako ich gravitácia skresľuje svetlo hviezd za nimi. Zatiaľ sa nikto neukázal. Jednou z možností je, že červie diery vyzerajú prirodzene, ako virtuálne častice, o ktorých vieme, že existujú. Len by boli nepochopiteľne malé, Planckovej mierky. Budete potrebovať menšiu vesmírnu loď.
Jedným z najzaujímavejších dôsledkov červích dier je, že vám môžu tiež umožniť cestovať v čase. Tu je návod, ako to funguje. Najprv vytvorte v laboratóriu červiu dieru. Potom vezmite jeden jeho koniec, vložte do neho vesmírnu loď a leťte značnou časťou rýchlosti svetla, aby sa prejavil efekt dilatácie času.
Pre ľudí na vesmírnej lodi to bude len pár rokov, kým sa na Zemi vystriedajú stovky či dokonca tisíce generácií ľudí. Za predpokladu, že by ste dokázali udržať červiu dieru stabilnú, otvorenú a priechodnú, potom by cestovanie cez ňu bolo veľmi zaujímavé.
Ak by ste išli jedným smerom, prešli by ste nielen vzdialenosť medzi červími dierami, ale posunuli by ste sa aj vpred v čase a na ceste späť: späť v čase.
Niektorí fyzici, ako napríklad Leonard Susskind, veria, že to nebude fungovať, pretože by to porušilo dva základné princípy fyziky: zákon zachovania energie a Heisenbergov princíp neurčitosti energie-času.
Žiaľ, zdá sa, že červie diery budú musieť v dohľadnej dobe, možno navždy, zostať v oblasti sci-fi. Aj keby bolo možné vytvoriť červiu dieru, museli by ste ju udržiavať stabilnú, otvorenú a potom prísť na to, ako umožniť hmote prejsť bez toho, aby sa zrútila. Napriek tomu, ak by ste na to prišli, cestovanie do vesmíru by bolo veľmi pohodlné.
Názov článku, ktorý čítate "Čo sú to červie diery alebo červie diery?".
- Sergej Vladilenovič, čo je červia diera?
Neexistuje žiadna presná definícia. Takéto definície sú potrebné, keď dokážete nejaké vety, a neexistujú takmer žiadne prísne vety, preto sa obmedzujú hlavne na figuratívne pojmy, obrázky. Predstavte si, že sme z nášho trojrozmerného priestoru vybrali loptičku v jednej miestnosti a presne tú istú loptičku vybrali v inej miestnosti a výsledné hranice týchto otvorov prilepili. Keď teda v jednej miestnosti vstúpime do tejto bývalej gule, ktorá sa stala dierou, vynoríme sa v inej miestnosti - z diery, ktorá vznikla na mieste inej gule. Ak by náš priestor nebol trojrozmerný, ale dvojrozmerný, vyzeral by ako kus papiera s prilepeným perom. Trojrozmerný analóg a jeho vývoj v čase sa nazýva červia diera.
Ako sa všeobecne skúmajú červie diery?
Ide o čisto teoretickú činnosť. Nikto nikdy nevidel červie diery a vo všeobecnosti zatiaľ nie je isté, že vôbec existujú. Začali sa skúmať červie diery, vychádzajúc z otázky: existujú v prírode nejaké mechanizmy, ktoré by nám zaručili, že takéto diery v prírode nemôžu existovať? Tieto mechanizmy neboli nájdené, takže sa dá predpokladať, že červie diery sú skutočným fenoménom.
- Je v zásade možné vidieť červiu dieru?
Samozrejme. Ak sa človek zrazu z ničoho nič plazí v zamknutej miestnosti, potom pozorujete červiu dieru. Červí diery ako predmet štúdia vynašiel a propagoval americký teoretický fyzik John Wheeler, ktorý s ich pomocou chcel vysvetliť, ani viac, ani menej, elektrické náboje. Poďme si to vysvetliť. Popis zadarmo elektrické pole z pohľadu teoretickej fyziky - nie veľmi náročná úloha. Ale opísať elektrický náboj z rovnakého hľadiska je veľmi ťažké. Elektrický náboj sa v tomto zmysle javí ako veľmi záhadná vec: akási látka, oddelená od poľa, neznámeho pôvodu a nie je jasné, ako s ňou v klasickej fyzike naložiť. Wheelerova myšlienka bola nasledovná. Povedzme, že máme mikroskopickú červiu dieru, ktorá je posiata siločiarami – z jedného konca do nej tieto čiary vstupujú a z druhého vychádzajú. Vonkajší pozorovateľ, ktorý nevie, že tieto dva konce sú spojené siločiarami, bude takýto objekt vnímať ako jednoduchú guľu v priestore, bude skúmať pole okolo nej a bude vyzerať ako pole bodového náboja. Pozorovateľovi sa len bude zdať, že ide o nejakú záhadnú látku, ktorá má náboj atď., a to všetko preto, že nevie, že v skutočnosti ide o červiu dieru. Samozrejme, toto je veľmi elegantný nápad, a mnohí sa to pokúšali vyvinúť, ale veľmi nepokročili, pretože elektróny sú koniec koncov kvantové objekty a nikto, samozrejme, nevie, ako opísať červie diery na kvantovej úrovni. Ale ak predpokladáme, že hypotéza je správna, potom sú červie diery viac ako každodenný jav, všetko, čo súvisí s elektrinou, bude nakoniec s nimi spojené.
Exotická hmota je koncept klasickej fyziky, ktorý popisuje akúkoľvek (zvyčajne hypotetickú) hmotu, ktorá porušuje jednu alebo viacero klasických podmienok alebo nepozostáva zo známych baryónov. Takéto látky môžu mať vlastnosti, ako je negatívna hustota energie alebo odpudzovať, než aby ich priťahovala gravitácia. Exotická hmota sa používa v niektorých teóriách, napríklad v teórii štruktúry červích dier. Najznámejším predstaviteľom exotickej hmoty je vákuum v oblasti s podtlakom vyvolané Casimirovým efektom.
- Čo sú to červie diery?
Z hľadiska teoretického cestovania existujú priechodné a nepriechodné červie diery. Nepriechodné - to sú tie, cez ktoré je priechod zničený, a to sa deje tak rýchlo, že žiadny objekt jednoducho nestihne prejsť z jedného konca na druhý. Samozrejme, druhý typ červích dier, priechodný, je najzaujímavejší na štúdium. Existuje dokonca krásna teória, ktorá hovorí, že to, čo sme si zvykli považovať za supermasívne čierne diery v centrách galaxií, sú v skutočnosti ústia červích dier. Táto teória sa takmer nerozvinula a samozrejme doteraz nenašla žiadne potvrdenie, existuje skôr ako druh myšlienky. Jeho podstatou je, že mimo červej diery vidíte iba to, že v strede galaxie je určitý sféricky symetrický objekt, ale čo to je - červia diera alebo čierna diera - nemôžete povedať, pretože ste mimo tohto objektu.
V skutočnosti ich možno rozlíšiť iba jedným parametrom - hmotnosťou. Ak sa ukáže, že hmotnosť je negatívna, potom je to pravdepodobne červia diera, ale ak je hmotnosť pozitívna, potom sú potrebné ďalšie informácie, pretože aj čierna diera sa môže ukázať ako červia diera. Negatívna masa vo všeobecnosti je jedným z ústredných momentov celého príbehu s červími dierami. Pretože na to, aby bola priechodná, musí byť červia diera naplnená tým, čo sa nazýva exotickou látkou, látkou, ktorej hustota energie je aspoň miestami v niektorých bodoch negatívna. Na klasickej úrovni takú látku ešte nikto nevidel, ale s istotou vieme, že v zásade môže existovať. Boli zaregistrované kvantové účinky, ktoré vedú k objaveniu sa takejto látky. Ide o pomerne známy jav a nazýva sa Casimirovým efektom. Bola oficiálne zaregistrovaná. A to súvisí práve s existenciou negatívnej hustoty energie, čo je veľmi inšpirujúce.
Casimirov jav je efekt spočívajúci vo vzájomnej príťažlivosti vodivých telies bez náboja pôsobením kvantových fluktuácií vo vákuu. Najčastejšie hovoríme o dvoch paralelných nenabitých zrkadlové plochy umiestnené na blízko, ale Casimirov efekt existuje aj pre zložitejšie geometrie. Príčinou účinku sú energetické výkyvy fyzického vákua v dôsledku neustáleho zrodu a miznutia v ňom. virtuálne častice. Účinok predpovedal holandský fyzik Hendrik Casimir v roku 1948 a neskôr experimentálne potvrdil.
Vo všeobecnosti je v kvantovej vede negatívna hustota energie celkom bežná vec, ktorá sa spája napríklad s Hawkingovým vyparovaním. Ak takáto hustota existuje, môžeme si položiť nasledujúcu otázku: aká veľká je hmotnosť čiernej diery (parameter gravitačného poľa, ktoré vytvára)? Existuje riešenie tohto problému, ktoré je použiteľné pre čierne diery - teda objekty s kladnou hmotnosťou, a existuje riešenie, ktoré je použiteľné pre zápornú hmotnosť. Ak je v červej diere dostatok exotickej hmoty, vonkajšia hmotnosť tohto objektu bude negatívna. Preto je jedným z hlavných typov „pozorovaní“ červích dier sledovanie objektov, o ktorých sa dá predpokladať, že majú zápornú hmotnosť. A ak takýto predmet nájdeme, tak s dostatkom veľký podiel s pravdepodobnosťou bude možné povedať, že ide o červiu dieru.
Červí diery sa tiež delia na vnútrosvetové a medzisvetové. Ak zničíme tunel medzi dvoma ústiami druhého typu dier, môžeme vidieť dva úplne nesúvisiace vesmíry. Takáto červia diera sa nazýva medzisveta. Ale ak urobíme to isté a uvidíme, že všetko je v poriadku - zostali sme v tom istom Vesmíre - potom máme vnútrosvetovú červiu dieru. Tieto dva typy červích dier majú veľa spoločného, ale je tu aj dôležitý rozdiel. Faktom je, že vnútrosvetová červia diera, ak existuje, má tendenciu zmeniť sa na stroj času. V skutočnosti práve na pozadí tohto predpokladu nastal posledný nárast záujmu o červie diery.
Červí diera podľa predstáv umelca
©depositphotos.com
V prípade vnútrosvetovej červej diery sú dve rôzne cesty pozri sa na suseda: priamo cez tunel alebo na kruhovom objazde. Ak začnete pohybovať jedným ústím červej diery voči druhému, potom v súlade so známym paradoxom dvojčiat bude druhá osoba, ktorá sa vracia z cesty, mladšia ako tá zostávajúca. A na druhej strane, keď sa pozriete cez tunel – obaja sedíte v nehybných laboratóriách, z vášho pohľadu sa vám nič nedeje, vaše hodiny sú zosynchronizované. Máte teda teoretickú možnosť ponoriť sa do tohto tunela a vystúpiť v momente, ktorý z pohľadu vonkajšieho pozorovateľa predchádza momentu, kedy ste sa ponorili. Oneskorenie dovedené na primeranú mieru vyvolá možnosť takéhoto kruhového cestovania v časopriestore, keď sa vrátite na pôvodné miesto odchodu a potrasiete si rukou s vašou predchádzajúcou inkarnáciou.
Paradox dvojčiat je myšlienkový experiment, ktorý sa snaží „dokázať“ nekonzistentnosť špeciálna teória relativity. Podľa SRT sa z pohľadu „stacionárnych“ pozorovateľov všetky procesy pohybujúcich sa objektov spomaľujú. Na druhej strane princíp relativity deklaruje rovnosť inerciálnych vzťažných sústav. Na základe toho sa vybuduje argument, ktorý vedie k zdanlivému rozporu. Pre prehľadnosť sa uvažuje o príbehu dvoch bratov dvojčiat. Jeden z nich (cestovateľ) ide na vesmírny let a druhý (domáci) zostáva na Zemi. Najčastejšie je „paradox“ formulovaný takto:
Z pohľadu domáceho človeka majú pohyblivé hodiny cestovateľa pomalý chod, takže keď sa vráti, mali by byť za hodinami domáceho. Na druhej strane, Zem sa pohybovala vzhľadom na cestujúceho, takže hodiny domáceho človeka by mali byť pozadu. V skutočnosti sú si bratia rovní, preto by im po návrate mali hodinky ukazovať rovnaký čas. Cestovateľské hodinky však budú podľa SRT zaostávať. V takomto porušení zdanlivej symetrie bratov je vidieť rozpor.
Aký je zásadný rozdiel medzi červou dierou a čiernou dierou?
V prvom rade treba povedať, že existujú dva typy čiernych dier – tie, ktoré vznikli v dôsledku kolapsu hviezd, a tie, ktoré pôvodne existovali, vznikli spolu so vznikom samotného vesmíru. Toto sú dve zásadné odlišné typyčierne diery. Kedysi existovala taká vec ako "biela diera", teraz sa používa zriedka. Biela diera je tá istá čierna diera, ktorá sa však v čase vyvíja späť. Hmota len letí do čiernej diery, no nikdy odtiaľ nemôže uniknúť. Naopak, z bielej diery hmota iba vyletí, no nie je možné sa do nej nijako dostať. V skutočnosti je to veľmi prirodzená vec, ak si spomenieme, že Všeobecná teória relativity je symetrická v čase, čo znamená, že ak existujú čierne diery, musia existovať aj biele. Ich totalita je červia diera.
Čierna diera v zobrazení umelca
©VICTOR HABBICK VISIONS/SPL/Getty
- Čo je známe o vnútornej štruktúre červích dier?
Modely sa zatiaľ stavajú len v tomto zmysle. Na jednej strane vieme, že vzhľad tejto exotickej hmoty sa dá zistiť aj experimentálne a stále je tu množstvo otáznikov. Jediným známym modelom červej diery, ktorý je viac-menej v súlade s realitou, je model pôvodne vyparujúcej sa (od počiatku Vesmíru) červej diery. Vďaka tomuto vyparovaniu zostáva takáto diera dlhodobo priechodná.
- Na čom presne pracuješ?
Venujem sa čisto teoretickej činnosti, čo sa dá všeobecne nazvať kauzálnou štruktúrou časopriestoru je klasická teória relativity, niekedy poloklasická (kvantová, ako vieme, zatiaľ neexistuje).
V klasickej nerelativistickej teórii sa dá prísť s pomerne presvedčivým dôkazom, že cestovanie v čase nemôže existovať, ale vo všeobecnej teórii relativity taký dôkaz neexistuje. A Einstein, keď práve rozvíjal svoju teóriu, si to uvedomoval. Premýšľal, či existuje nejaký spôsob, ako túto možnosť eliminovať. Potom túto úlohu nezvládol, ako sám neskôr povedal. A hoci Einstein vytvoril jazyk na štúdium tejto problematiky, úloha zostala akademická. Prudký nárast záujmu o ňu nastal koncom 40. rokov, keď Gödel navrhol kozmologický model obsahujúci takéto uzavreté krivky. No keďže Gödel vždy ponúkal niečo exotické, spracovalo sa to so záujmom, no bez vážnych vedeckých následkov. A potom, niekde na konci minulého storočia, najmä vďaka sci-fi – napríklad filmu „Kontakt“ s Jodie Foster, opäť ožil záujem o tému cestovania v čase pomocou červích dier. Autorom románu, na ktorom je napísaný scenár filmu, je veľmi známy astronóm, popularizátor vedy Carl Sagan. Vzal túto záležitosť veľmi vážne a požiadal svojho priateľa, tiež veľmi slávneho relativistu, Kipa Thorna, aby zistil, či je všetko opísané vo filme možné z hľadiska vedy. A v časopise pre amerických učiteľov fyziky uverejnil polopopulárny článok „Červí diery ako nástroj na štúdium Všeobecnej teórie relativity“, kde sa zaoberal možnosťou cestovania v čase cez červie diery. A musím povedať, že v tom čase bola myšlienka cestovania cez čierne diery populárna v sci-fi. Ale pochopil, že čierna diera je absolútne nepriechodný objekt - cestovať cez ňu je nemožné, a tak považoval červie diery za príležitosť na cestovanie v čase. Hoci to bolo známe už skôr, ale z nejakého dôvodu ľudia vnímali jeho závery ako úplne nový nápad a ponáhľali sa ho preskúmať. Navyše sa kládol dôraz na predpoklad, že stroj času nemôže existovať, ale rozhodli sme sa zistiť prečo. A pomerne rýchlo prišlo pochopenie, že proti existencii takéhoto stroja neexistujú žiadne zjavné námietky. Odvtedy sa začali rozsiahlejšie štúdie, začali sa objavovať teórie. V podstate odvtedy to robím.
Kontakt je sci-fi film z roku 1997. Réžia Robert Zemeckis. Hlavná zápletka: Ellie Arroway (Judy Foster) zasvätila celý život vede, stáva sa členkou projektu hľadania mimozemskej inteligencie. Všetky pokusy o pátranie po mimozemských signáloch sú bezvýsledné a budúcnosť jej projektu je ohrozená. Ellie si zúfalo nájde podporu, no nečakane dostane pomoc od excentrického miliardára Haddena. A tu je výsledok – Ellie zachytila signál. Dekódovanie signálu ukazuje, že obsahuje popis technického zariadenia. Jeho účel nie je jasný, no vo vnútri je plánované miesto pre jednu osobu.
Po zostrojení a spustení zariadenia Ellie cestuje cez systém červích dier a je transportovaná, pravdepodobne na planétu v inom hviezdnom systéme. Prebúdza sa tam, na brehu mora, stretáva predstaviteľa inej civilizácie, ktorý si vybral podobu jej zosnulého otca. Pri pohľade okolo seba si hrdinka uvedomí, že túto oblasť znovu vytvorila mimozemská myseľ v jej mysli na obraz kresby, ktorú nakreslila ako dieťa. Mimozemšťan jej povie, že zariadenie vám umožňuje organizovať systém medzihviezdnej komunikácie a Zem sa odteraz stáva členom komunity civilizácií vesmíru.
Ellie sa vracia na Zem. Z pohľadu vonkajších pozorovateľov sa jej po spustení inštalácie nič nestalo a jej telo neopustilo našu planétu. Ellie sa ocitne v paradoxnej situácii. Keďže ide o vedkyňu, z pohľadu rigoróznej vedy svoje slová nemôže nijako potvrdiť. Ukazuje sa tiež ešte jedna okolnosť: videokamera pripojená k Ellie počas cesty nič nezaznamenala, ale prázdny záznam netrval niekoľko sekúnd, ale 18 hodín ...
Je možné „vyrobiť“ červiu dieru?
Práve o tom existuje rigorózny vedecký výsledok. Je to spôsobené tým, že neexistujú presné výsledky o štúdiu červích dier. Existuje veta, ktorá je overená veľmi dlho a hovorí toto. Existuje niečo ako globálna hyperbolicita. V tomto prípade vôbec nezáleží na tom, čo to znamená, ale ide o to, že hoci a keďže je vesmír globálne hyperbolický, je nemožné vytvoriť červiu dieru - môže existovať v prírode, ale nebude fungovať na jej vytvorenie. seba. Ak sa vám podarí prelomiť globálnu hyperbolickosť, potom možno dokážete vytvoriť červiu dieru. Faktom však je, že toto porušenie je samo o sebe taká exotická vec, tak zle pochopená a zle pochopená, že vedľajší účinok zrodenia červej diery je už relatívne malá vec v porovnaní so samotnou skutočnosťou, že sa vám podarilo porušiť globálnu hyperbolickosť. . Deje sa tu veľmi slávna vec, ktorá sa volá „prísny princíp kozmickej cenzúry“, ktorý hovorí, že priestor je vždy globálne hyperbolický. Ale v zásade to nie je nič iné ako želanie. Neexistuje žiadny dôkaz, že tento princíp je pravdivý, jednoducho existuje určitá vnútorná istota, spoločná pre mnohých ľudí, že časopriestor musí byť globálne hyperbolický. Ak je to tak, nie je možné vytvoriť červiu dieru - musíte hľadať existujúcu. Silné pochybnosti o vernosti princípu kozmickej cenzúry vyjadril medzitým aj samotný autor – Roger Penrose, ale to je už iný príbeh.
- To znamená, že na vytvorenie červej diery sú potrebné značné náklady na energiu?
Tu je veľmi ťažké niečo povedať. Problém je v tom, že keď je narušená vaša globálna hyperbolicita, je súčasne narušená aj predvídateľnosť – to je prakticky to isté. Priestor okolo seba môžete nejako geometricky zmeniť, napríklad vziať tašku a položiť ju na iné miesto. Existujú však určité limity, do ktorých to môžete urobiť, najmä limit stanovený predvídateľnosťou. Napríklad niekedy viete povedať, čo sa stane za 2 sekundy, a niekedy nie. Hrana toho, čo môžete alebo nemôžete predvídať, spočíva práve v globálnej hyperbolicite. Ak je váš časopriestor globálne hyperbolický, môžete predpovedať jeho vývoj. Ak predpokladáme, že v určitom bode porušuje globálnu hyperbolicitu, všetko sa s predvídateľnosťou veľmi zhorší. Vznikne preto úžasná vec, napríklad taká, že práve tu a teraz sa môže zhmotniť červia diera, cez ktorú vyskočí lev. Bude to exotický jav, ktorý však neporuší žiadne fyzikálne zákony. Na druhej strane môžete minúť veľa úsilia, peňazí a zdrojov, aby ste tento proces nejako uľahčili. Ale výsledok bude stále rovnaký – v oboch prípadoch neviete, či sa červia diera objaví alebo nie. V klasickej fyzike s tým nič nespravíme – ak chce, vznikne, ak nechce, nevznikne – ale kvantová veda nám v tejto veci zatiaľ nedáva žiadne vodítka.
Princíp „kozmickej cenzúry“ sformuloval v roku 1969 Roger Penrose v tejto obraznej podobe: „Príroda sa hnusí nahej singularite.“ Hovorí, že časopriestorové singularity sa objavujú na miestach, ktoré sú, podobne ako vnútro čiernych dier, pred pozorovateľmi skryté. Tento princíp zatiaľ nebol dokázaný a existujú dôvody pochybovať o jeho absolútnej správnosti (napríklad kolaps prachového oblaku s veľkým momentom hybnosti vedie k „nahej singularite“, nie je však známe, či toto riešenie Einsteinove rovnice sú stabilné vzhľadom na malé odchýlky počiatočných údajov).
Penroseova formulácia (silná forma kozmickej cenzúry) naznačuje, že časopriestor ako celok je globálne hyperbolický.
Neskôr Stephen Hawking navrhol inú formuláciu (slabá forma kozmickej cenzúry), kde sa predpokladá len globálna hyperbolita „budúcej“ zložky časopriestoru.
Text práce je umiestnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia práca je dostupná v záložke "Súbory práce" vo formáte PDF
Fantasy romány opisujú celé dopravné siete spájajúce hviezdne systémy a historické éry, takzvané portály, stroje času. Omnoho prekvapivejší je však fakt, že o strojoch času a tuneloch vo vesmíre sa celkom vážne, ako je hypoteticky možné, aktívne diskutuje nielen v článkoch o teoretickej fyzike, na stránkach renomovaných vedeckých publikácií, ale aj v médiách. Existuje veľa správ o objave vedcov niektorých hypotetických objektov nazývaných "červí diery".
Pri výbere materiálu pre NPC na tému „Čierne diery“ sme narazili na koncept „Červích dier“. Táto téma nás zaujala a urobili sme ich porovnanie.
Cieľ: Porovnávacia analýza čiernych dier a červích dier.
Úlohy: 1. Zbierajte materiál o čiernych dierach a červích dierach;
2. Make podrobná analýza prijaté informácie;
3. Porovnajte čierne diery a červie diery;
4. Vytvorte vzdelávací film pre žiakov.
hypotéza: Je možné cestovať v časopriestore vďaka červím dieram.
Predmet štúdia: literatúru a iné zdroje o červích dierach a čiernych dierach.
Predmet štúdia: verzia existencie červích dier.
metódy:štúdium literatúry; využívanie internetových zdrojov.
Praktický význam tejto práce je využiť zozbieraný materiál na vzdelávacie účely na hodinách fyziky a v mimoškolských aktivitách v tomto predmete.
V prezentovanej práci boli použité materiály vedeckých článkov, periodík, internetové zdroje.
Kapitola 1. Historické pozadie
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.
Teoreticky sa červia diera skladá z dvoch vchodov a krku (teda rovnakého tunela). Vstupy do červích dier sú guľovitého tvaru a krk môže byť rovný alebo špirálový.
Toto dielo dlho nevzbudzovalo medzi astrofyzikmi veľký záujem. No v 90. rokoch sa záujem o takéto predmety začal vracať. V prvom rade bol návrat záujmu spojený s objavom temnej energie v kozmológii.
Anglický výraz, ktorý sa od 90. rokov udomácnil pre „červí diery“, sa stal „červím dierou“ (červí diera), no prvými, ktorí tento výraz navrhli už v roku 1957, boli americkí astrofyzici Mizner a Wheeler. V ruštine sa "červí diera" prekladá ako "červová diera". Tento výraz sa nepáčil mnohým rusky hovoriacim astrofyzikom a v roku 2004 sa rozhodlo o rôznych navrhovaných výrazoch pre takéto objekty. Medzi navrhovanými pojmami boli napríklad: „červia diera“, „červia diera“, „červia diera“, „most“, „červia diera“, „tunel“ atď. Do hlasovania sa zapojili rusky hovoriaci astrofyzici s vedeckými publikáciami na túto tému. V dôsledku tohto hlasovania zvíťazil výraz „červí diera“.
Vo fyzike pojem červích dier vznikol v roku 1916, len rok po tom, čo Einstein publikoval svoje veľké dielo, všeobecnú teóriu relativity. Fyzik Karl Schwarzschild, ktorý vtedy slúžil v cisárskej armáde, našiel presné riešenie Einsteinových rovníc pre prípad izolovanej bodovej hviezdy. Ďaleko od hviezdy je jej gravitačné pole veľmi podobné poľu obyčajnej hviezdy; Einstein dokonca použil Schwarzschildovo riešenie na výpočet odklonu svetla okolo hviezdy. Schwarzschildov výsledok mal okamžitý a veľmi silný vplyv na všetky odvetvia astronómie a dodnes je jedným z najznámejších riešení Einsteinových rovníc. Niekoľko generácií fyzikov používalo gravitačné pole tejto hypotetickej bodovej hviezdy ako približné vyjadrenie poľa okolo skutočnej hviezdy s konečným priemerom. Ak ale toto bodové riešenie zvážime vážne, tak v jeho strede zrazu nájdeme obludný bodový objekt, ktorý fyzikov udivuje a šokuje už takmer storočie – čiernu dieru.
Kapitola 2
2.1. Krtkova diera
Červí diera je predpokladaný znak časopriestoru, ktorý v každom okamihu predstavuje „tunel“ vo vesmíre.
Oblasť v blízkosti najužšej časti krtinca sa nazýva „hrdlo“. Sú tam priechodné aj nepriechodné krtince. Tie zahŕňajú tunely, ktoré sa zrútia (zničia) príliš rýchlo na to, aby sa pozorovateľ alebo signál dostal z jedného vchodu do druhého.
Odpoveď spočíva v tom, že podľa Einsteinovej teórie gravitácie – všeobecnej teórie relativity (GR) je štvorrozmerný časopriestor, v ktorom žijeme, zakrivený a gravitácia, známa každému, je prejavom takéhoto zakrivenie. Hmota sa „ohýba“, deformuje priestor okolo seba a čím je hustejšia, tým je zakrivenie silnejšie.
Jedným z biotopov „červích dier“ sú centrá galaxií. Ale tu je hlavnou vecou nezamieňať si ich s čiernymi dierami, obrovskými objektmi, ktoré sa nachádzajú aj v strede galaxií. Ich hmotnosť predstavuje miliardy našich Sĺnk. Čierne diery majú zároveň silnú príťažlivú silu. Je taká veľká, že odtiaľ nemôže uniknúť ani svetlo, takže ich nemožno vidieť bežným ďalekohľadom. Gravitačná sila červích dier je tiež obrovská, no ak sa pozriete do vnútra červej diery, môžete vidieť svetlo minulosti.
Červí diery, ktorými môže svetlo a iná hmota prechádzať oboma smermi, sa nazývajú priechodné červie diery. Sú tam aj nepreniknuteľné červie diery. Sú to objekty, ktoré navonok (pri každom z vchodov) sú akoby čiernou dierou, ale vo vnútri takejto čiernej diery nie je singularita (singularita je vo fyzike nekonečná hustota hmoty, ktorá rozbíja a ničí akúkoľvek inú hmotu. ktorý doň vstupuje). Navyše, vlastnosť singularity je pre obyčajné čierne diery povinná. A samotná čierna diera je určená prítomnosťou jej povrchu (gule), spod ktorej nemôže uniknúť ani svetlo. Takýto povrch sa nazýva horizont čiernej diery (alebo horizont udalostí).
Hmota sa teda môže dostať dovnútra nepreniknuteľnej červej diery, ale už sa z nej nemôže dostať von (veľmi podobná vlastnosti čiernej diery). Môžu existovať aj polopriechodné červie diery, v ktorých hmota alebo svetlo môže prechádzať červou dierou len jedným smerom, ale druhým nemôže.
Vlastnosti červích dier sú tieto vlastnosti:
Červí diera musí spájať dve nezakrivené oblasti vesmíru. Spojenie sa nazýva červia diera a jej centrálnou časťou je hrdlo červej diery. Priestor pri krku červej diery je dosť silne zakrivený.
Červí diera môže spájať buď dva rôzne vesmíry, alebo ten istý vesmír rôzne časti. V druhom prípade môže byť vzdialenosť cez červiu dieru kratšia ako vzdialenosť medzi vchodmi meraná zvonku.
Pojmy čas a vzdialenosť v zakrivenom časopriestore prestávajú byť absolútnymi hodnotami, t.j. také, aké sme si ich podvedome vždy zvykli považovať.
Štúdium modelov červích dier ukazuje, že exotická hmota je nevyhnutná pre ich stabilnú existenciu v rámci Einsteinovej teórie relativity. Niekedy sa takáto hmota nazýva aj fantómová hmota. Pre stabilnú existenciu červej diery stačí ľubovoľne malé množstvo fantómovej hmoty – povedzme len 1 miligram (alebo možno ešte menej). V tomto prípade musí zvyšok hmoty podporujúci červiu dieru spĺňať podmienku: súčet hustoty energie a tlaku je nulový. A v tom už nie je nič nezvyčajné: túto podmienku spĺňa aj najbežnejšie elektrické alebo magnetické pole. To je presne to, čo je potrebné na existenciu červej diery s ľubovoľne malým prídavkom fantómovej hmoty.
2.2. Čierna diera
Čierna diera je oblasť v časopriestore. Gravitačná príťažlivosť je taká silná, že ju nedokážu opustiť ani objekty pohybujúce sa rýchlosťou svetla, vrátane kvanta samotného svetla. Hranica tejto oblasti sa nazýva horizont udalostí.
Teoreticky možnosť existencie takýchto oblastí časopriestoru vyplýva z niektorých exaktných riešení Einsteinových rovníc. Prvý získal Karl Schwarzschild v roku 1915. Presný vynálezca termínu nie je známy, no samotné označenie spopularizoval John Archibald Wheeler a prvýkrát ho verejne použil v populárnej prednáške „Our Universe: Known and Unknown“. Predtým sa takéto astrofyzikálne objekty nazývali „zrútené hviezdy“ alebo „kolapsary“, ako aj „zamrznuté hviezdy“.
Existujú štyri scenáre pre vznik čiernych dier:
dva realistické:
gravitačný kolaps (stlačenie) dostatočne hmotnej hviezdy;
kolaps centrálnej časti galaxie alebo protogalaktického plynu;
a dve hypotézy:
vznik čiernych dier bezprostredne po Veľkom tresku (prvotné čierne diery);
vznik vysokých energií pri jadrových reakciách.
Podmienky, za ktorých je konečným stavom vývoja hviezdy čierna diera, neboli dostatočne študované, pretože na to je potrebné poznať správanie a stavy hmoty pri extrémne vysokých hustotách, ktoré sú pre experimentálne štúdium neprístupné.
Zrážka čiernych dier s inými hviezdami, ako aj zrážka neutrónové hviezdy, čo spôsobuje tvorbu čierna diera, vedie k najsilnejšiemu gravitačnému žiareniu, ktoré je možné podľa očakávania v najbližších rokoch zachytiť pomocou gravitačných teleskopov. V súčasnosti sú správy o kolíziách v oblasti röntgenového žiarenia.
25. augusta 2011 sa objavila správa, že po prvý raz v histórii vedy sa skupine japonských a amerických špecialistov podarilo v marci 2011 zaznamenať moment smrti hviezdy, ktorú pohlcuje čierna diera. .
Výskumníci čiernych dier rozlišujú medzi prvotnými čiernymi dierami a kvantovými. Primordiálne čierne diery majú v súčasnosti status hypotézy. Ak by v počiatočných momentoch života Vesmíru existovali dostatočné odchýlky od homogenity gravitačného poľa a hustoty hmoty, potom by z nich kolapsom mohli vzniknúť čierne diery. Ich hmotnosť zároveň nie je zdola obmedzená, ako v prípade kolapsu hviezdy – ich hmotnosť by pravdepodobne mohla byť dosť malá. Detekcia primordiálnych čiernych dier je zaujímavá najmä v súvislosti s možnosťou štúdia fenoménu vyparovania čiernych dier. V dôsledku jadrových reakcií môžu vzniknúť stabilné mikroskopické čierne diery, takzvané kvantové čierne diery. Na matematický popis takýchto objektov je potrebná kvantová teória gravitácie.
Záver
Ak je červia diera nepreniknuteľná, potom je navonok takmer nemožné rozlíšiť ju od čiernej diery. K dnešnému dňu je teória fyziky červích dier a čiernych dier čisto teoretickou vedou. Červí diery sú topologické črty časopriestoru, opísané v rámci špeciálnej teórie relativity Einsteinom v roku 1935.
Všeobecná teória relativity 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.
Po analýze všetkých zistených informácií sme zistili, ako sa červie diery líšia od čiernych dier a dospeli sme k záveru, že svet vesmíru je stále veľmi málo prebádaný a ľudstvo je na pokraji nových objavov a príležitostí.
Na základe vykonaného výskumu vznikol vzdelávací film „Červí diery a čierne diery“, ktorý sa využíva na hodinách astronómie.
Zoznam použitých prameňov a literatúry
Bronnikov, K. Most medzi svetmi / K. Bronnikov [Elektronický zdroj] // Okolo sveta. 2004. máj. - Režim prístupu // http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/355/ (18.09.2017).
Wikipedia. Voľná encyklopédia [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_% D0%BD%D0%BE%D1%80%D0%B0 (30.09.2017);
https://en.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D1%91%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D1%8B%D1%80%D0 %B0 (30. 9. 2017).
Zima, K. "Červí diera" - koridor času / K. Zima // Vesti.ru [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // http://www.vesti.ru/doc.html?id=628114 (20.9.2017).
Červí diery a čierne diery [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // http://ru.itera.wikia.com/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0% B5_%D0%BD%D0%BE%D1%80%D1%8B_%D0%B8_%D0%A7%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B4% D1%8B%D1%80%D1%8B (30.09.2017).
Červími dierami. Populárna veda s Annou Urmantsevovou [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // http://www.youtube.com/watch?v=BPA87TDsQ0A (25.09.2017).
Červí diery vesmíru. [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // http://www.youtube.com/watch?v=-HEBhWny2EU (25.9.2017).
Lebedev, V. Muž v červej diere (recenzia) / V. Lebedev // Lebed. Nezávislý almanach. [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // http://lebed.com/2016/art6871.htm (30.09.2017).
Cez červiu dieru, Existuje koniec vesmíru? [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // https://donetskua.io.ua/v(25.09.2017).
Čierna diera [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // http://ru-wiki.org/wiki/%D0%A7%D1%91%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B4%D1%8B% D1%80%D0%B0 (30.09.2017).
Čierne diery. Vesmír [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // https://my.mail.ru/bk/lotos5656/video/_myvideo/25.html (09/25/2017).
Čo je červia diera. Pulp [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // http://hi-news.ru/research-development/chtivo-chto-takoe-krotovaya-nora.html (09/18/2017).
Shatsky, A. Wormholes: čo to je - mýtus, brána do iných svetov alebo matematická abstrakcia? [Elektronický zdroj]. - Režim prístupu // http://www.znanie-sila.su/?issue=zsrf/issue_121.html&r=1 (18.09.2017).
Encyklopédia pre deti. T. 8. Astronómia [Text] / Kapitola. vyd. M. Aksenová; metóda. vyd. V. Volodin, A. Eliovič. - M.: Avanta, 2004. S. 412-413, 430-431, 619-620.
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 alebo astronomických pozorovaniach. 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 vychladenom stave to stačí veľké číslo atómy sú vo svojich minimálnych možných kvantových stavoch a kvantové efekty sa začínajú 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 neboli stanovené. 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 významný na ceste k jednotnej teórii poľa a časopriestorovým tunelom je objav v roku 2014 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 Massachusettského technologického inštitútu (USA) predstavil kvantovo zapletený pár kvark-antikvark, ktorý sa zrodil v silnom elektrickom poli, ktoré oddeľuje opačne nabité častice a núti ich zrýchľovať sa na rôznymi smermi. Sonner tiež dospel k záveru, že častice kvantovo zapletené v 3D by boli spojené červou dierou v 4D. 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. Ak sa teda mikrovlnné reliktné žiarenie 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,
červia diera - 1) astrofyzik. Najdôležitejší pojem modernej astrofyziky a praktickej kozmológie. "Červí diera" alebo "krtná diera" je transpriestorový priechod, ktorý spája čiernu dieru a jej zodpovedajúcu bielu dieru.
Astrofyzikálna „červí diera“ prepichne priestor poskladaný do extra dimenzií a umožní vám pohybovať sa po skutočne krátkej ceste medzi hviezdnymi systémami.
Štúdie uskutočnené pomocou Hubbleovho vesmírneho teleskopu ukázali, že každá čierna diera je vstupom do „červej diery“ (pozri Hubblov zákon). Jedna z najväčších dier sa nachádza v strede našej galaxie. Teoreticky sa ukázalo (1993), že slnečná sústava pochádza z tejto centrálnej diery.
Podľa moderných konceptov je pozorovateľná časť vesmíru doslova celá posiata „červími dierami“, ktoré idú „tam a späť“. Verí tomu veľa popredných astrofyzikov cestovanie cez „červí diery“ je budúcnosťou medzihviezdnej astronautiky. "
Všetci sme zvyknutí, že minulosť sa nedá vrátiť, hoci niekedy veľmi chceme. Už viac ako storočie autori sci-fi maľujú najrôznejšie udalosti, ktoré vznikajú vďaka schopnosti cestovať v čase a ovplyvňovať chod dejín. Navyše sa táto téma ukázala ako taká pálčivá, že koncom minulého storočia aj fyzici ďaleko od rozprávok začali vážne hľadať také riešenia rovníc, ktoré popisujú náš svet, ktoré by umožnili vytvárať stroje času a prekonať akýkoľvek priestor. a čas mihnutím oka.
Fantasy romány opisujú celé dopravné siete spájajúce hviezdne systémy a historické éry. Vkročil som do búdky štylizovanej povedzme ako telefónna búdka a skončil som niekde v hmlovine Andromeda alebo na Zemi, ale - na návšteve dávno vyhynutých tyranosaurov.
Postavy takýchto diel neustále využívajú nulovú prepravu stroja času, portálov a podobných pohodlných zariadení.
Fanúšikovia sci-fi však takéto výlety vnímajú bez väčšej trémy – nikdy neviete, čo si možno predstaviť, odkazujúc realizáciu vynájdeného do neistej budúcnosti alebo do postrehov neznámeho génia. Omnoho prekvapivejší je fakt, že o strojoch času a tuneloch vo vesmíre sa celkom vážne hovorí, ako je to hypoteticky možné, v článkoch o teoretickej fyzike, na stránkach najuznávanejších vedeckých publikácií.
Odpoveď spočíva v tom, že podľa Einsteinovej teórie gravitácie – všeobecnej teórie relativity (GR) je štvorrozmerný časopriestor, v ktorom žijeme, zakrivený a gravitácia, známa každému, je prejavom takéhoto zakrivenie.
Hmota sa „ohýba“, krúti priestor okolo seba a čím je hustejšia, tým je zakrivenie silnejšie.
Množstvo alternatívnych teórií gravitácie, ktorých počet ide do stoviek, ktoré sa v detailoch líšia od všeobecnej relativity, si zachovávajú hlavnú vec - myšlienku zakrivenia časopriestoru. A ak je priestor zakrivený, tak prečo nezobrať napríklad tvar potrubia, skratové oblasti oddelené stovkami tisíc svetelných rokov alebo, povedzme, epochy ďaleko od seba - koniec koncov, nehovoríme len o priestore, ale o časopriestore?
Pamätajte na Strugackých (ktorí sa mimochodom tiež uchýlili k nulovej doprave): „Absolútne nechápem, prečo by šľachtický don nemal ...“ - povedzme, neletieť do XXXII storočia? ...
Červí diery alebo čierne diery?
Úvahy o takomto silnom zakrivení nášho časopriestoru vznikli hneď po nástupe všeobecnej teórie relativity – už v roku 1916 rakúsky fyzik L. Flamm diskutoval o možnosti existencie priestorovej geometrie v podobe akejsi diery spájajúcej dva svety . V roku 1935 A. Einstein a matematik N. Rosen upozornili na skutočnosť, že najjednoduchšie riešenia rovníc GR, popisujúcich izolované, neutrálne alebo elektricky nabité zdroje gravitačného poľa, majú priestorovú štruktúru „mostu“, ktorý takmer plynulo spája dva vesmíry – dva rovnaké, takmer ploché, časopriestorové.
Takéto priestorové štruktúry sa neskôr nazývali „červími dierami“ (skôr voľný preklad anglické slovo"červí diera" - "červí diera").
Einstein a Rosen dokonca uvažovali o možnosti použiť takéto „mosty“ na opis elementárnych častíc. Častica je v tomto prípade čisto priestorový útvar, takže nie je potrebné špecificky modelovať zdroj hmoty alebo náboja a pri mikroskopických rozmeroch červej diery vonkajší, vzdialený pozorovateľ umiestnený v jednom z priestorov vidí len bodový zdroj s určitou hmotnosťou a nábojom.
Elektrické siločiary vstupujú do otvoru z jednej strany a vychádzajú z druhej, bez toho, aby niekde začínali alebo končili.
Slovami amerického fyzika J. Wheelera z toho vychádza „hmotnosť bez hmotnosti, náboj bez náboja“. A v tomto prípade vôbec nie je potrebné veriť, že most spája dva rôzne vesmíry – predpoklad, že obe „ústa“ červej diery sa otvárajú do toho istého vesmíru, ale v rôznych bodoch a v rôzne časy- niečo ako dutá "rúčka", prišitá k bežnému takmer plochému svetu.
Jedno ústie, do ktorého siločiary vstupujú, môžeme vidieť ako záporný náboj (napríklad elektrón), druhé, z ktorého vychádzajú, ako kladné (pozitrónové), hmotnosti budú na oboch rovnaké. strany.
Napriek atraktivite takéhoto obrázku sa (z mnohých dôvodov) vo fyzike elementárnych častíc neudomácnil. Je ťažké pripisovať kvantové vlastnosti „mostom“ Einstein – Rosen a bez nich sa v mikrokozme nedá nič robiť.
o známe hodnoty hmotnosti a náboja častíc (elektrónov alebo protónov), Einsteinov-Rosenov most sa nevytvorí vôbec, namiesto toho „elektrické“ riešenie predpovedá takzvanú „nahú“ singularitu – bod, v ktorom sa zakrivenie priestoru resp. elektrické pole stať sa nekonečným. Pojem časopriestoru, aj keď je zakrivený, v takýchto bodoch stráca svoj význam, pretože nie je možné riešiť rovnice s nekonečnými členmi. Samotná všeobecná relativita celkom jasne hovorí, kde presne prestáva fungovať. Pripomeňme si slová uvedené vyššie: „takmer hladko sa pripája ...“. Toto "takmer" odkazuje na hlavnú chybu "mostov" Einsteina - Rosena - porušenie hladkosti v najužšej časti "mostu", na krku.
A toto porušenie, treba povedať, je veľmi netriviálne: na takom krku, z pohľadu vzdialeného pozorovateľa, čas sa zastaví...
Autor: moderné koncepty, to, čo Einstein a Rosen videli ako hrdlo (teda najužšie miesto „mostu“), nie je v skutočnosti nič iné ako horizont udalostí čiernej diery (neutrálnej alebo nabitej).
Navyše z rôznych strán „mostu“ dopadajú častice alebo lúče na rôzne „úseky“ horizontu a medzi, relatívne povedané, pravou a ľavou časťou horizontu je špeciálna nestatická oblasť bez prekonania. ktorým sa cez dieru nedá prejsť.
Vzdialenému pozorovateľovi sa zdá, že vesmírna loď približujúca sa k horizontu dostatočne veľkej (v porovnaní s loďou) čiernej diery navždy zamrzne a signály z nej sa dostávajú čoraz menej často. Naopak, podľa lodných hodín je horizont dosiahnutý v konečnom čase.
Po prekročení horizontu loď (častica alebo lúč svetla) čoskoro nevyhnutne spočíva na singularite - kde sa zakrivenie stáva nekonečným a kde (stále na ceste) bude akékoľvek predĺžené telo nevyhnutne rozdrvené a roztrhané.
Toto je krutá realita interné zariadeniečierna diera. Schwarzschildovo a Reisner-Nordstromovo riešenie popisujúce sféricky symetrické neutrálne a elektricky nabité čierne diery boli získané v rokoch 1916-1917, ale fyzici úplne pochopili zložitú geometriu týchto priestorov až na prelome 50.-60. rokov 20. storočia. Mimochodom, práve vtedy John Archibald Wheeler, známy svojou prácou v jadrovej fyzike a teórii gravitácie, navrhol termíny „čierna diera“ a „červí diera“.
Ako sa ukázalo, v Schwarzschildových a Reisner-Nordströmových priestoroch skutočne sú červie diery. Z pohľadu vzdialeného pozorovateľa nie sú úplne viditeľné, ako samotné čierne diery a sú rovnako večné. No pre cestovateľa, ktorý sa odvážil preniknúť za horizont, sa diera zrúti tak rýchlo, že cez ňu nepreletí ani loď, ani masívna častica, dokonca ani lúč svetla.
Aby sme obišli singularitu a prerazili "na svetlo Božie" - do druhého ústia diery, je potrebné pohybovať sa rýchlejšie ako svetlo. A fyzici dnes veria, že nadsvetelné rýchlosti pohybu hmoty a energie sú v princípe nemožné.
Červí diery a časové slučky
Čiernu Schwarzschildovu dieru možno teda považovať za nepreniknuteľnú červiu dieru. Čierna diera Reisner-Nordström je komplikovanejšia, ale aj nepriechodná.
Nie je však také ťažké vymyslieť a opísať priechodné štvorrozmerné červie diery výberom požadovaného typu metriky (metrika alebo metrický tenzor je súbor veličín, ktoré sa používajú na výpočet štvorrozmerných vzdialeností-intervalov medzi udalosti, ktoré plne charakterizujú geometriu časopriestoru a gravitačné pole). Prechodné červie diery sú vo všeobecnosti geometricky ešte jednoduchšie ako čierne diery: nemali by existovať žiadne horizonty vedúce ku kataklizmám v priebehu času.
Čas v rôznych bodoch môže, samozrejme, ísť iným tempom – nemal by sa však donekonečna zrýchľovať ani zastavovať.
Musím povedať, že rôzne čierne diery a červie diery sú veľmi zaujímavé mikroobjekty, ktoré vznikajú samy o sebe, ako kvantové fluktuácie gravitačného poľa (v dĺžkach rádovo 10-33 cm), kde podľa existujúcich odhadov koncept tzv. klasický, plynulý časopriestor už nie je použiteľný.
Na takýchto váhach by malo byť v turbulentnom prúde niečo podobné vode alebo mydlovej pene, ktorá neustále „dýcha“ v dôsledku tvorby a kolapsu malých bublín. Namiesto pokojného prázdneho priestoru tu máme miničierne diery a červie diery tých najbizarnejších a prepletených konfigurácií, ktoré sa zbesilým tempom objavujú a miznú. Ich veľkosti sú nepredstaviteľne malé – sú toľkokrát menšie ako jadro atómu, o koľko je toto jadro menšie ako planéta Zem. Zatiaľ neexistuje presný popis časopriestorovej peny, keďže ešte nebola vytvorená konzistentná kvantová teória gravitácie, ale vo všeobecnosti opísaný obrázok vyplýva zo základných princípov fyzikálnej teórie a je nepravdepodobné, že by sa zmenil.
Z hľadiska medzihviezdneho a medzičasového cestovania sú však potrebné červie diery úplne iných veľkostí: „Chcel by som“, aby krkom prešla vesmírna loď primeranej veľkosti alebo aspoň tank bez poškodenia (medzi tyranosaurami by to bolo nepríjemné. bez toho, však?).
Preto je na začiatok potrebné získať riešenia gravitačných rovníc vo forme priechodných červích dier makroskopických rozmerov. A ak predpokladáme, že takáto diera sa už objavila a zvyšok časopriestoru zostal takmer plochý, potom uvážte, že je tam všetko – diera môže byť strojom času, medzigalaktickým tunelom a dokonca aj urýchľovačom.
Bez ohľadu na to, kde a kedy sa nachádza jedno z úst červej diery, druhé môže byť kdekoľvek vo vesmíre a kedykoľvek - v minulosti alebo v budúcnosti.
Ústa sa navyše môžu pohybovať ľubovoľnou rýchlosťou (v medziach svetla) vzhľadom na okolité telesá – to nezabráni výstupu z otvoru do (prakticky) plochého Minkowského priestoru.
Je známe, že je nezvyčajne symetrický a vyzerá rovnako vo všetkých bodoch, vo všetkých smeroch a v akýchkoľvek inerciálnych sústavách, bez ohľadu na to, ako rýchlo sa pohybujú.
Ale na druhej strane, za predpokladu existencie stroja času, sme okamžite postavení pred celú „kyticu“ paradoxov typu – odletel do minulosti a „zabil dedka lopatou“ skôr, ako sa dedko mohol stať otcom. Normálny zdravý rozum naznačuje, že to s najväčšou pravdepodobnosťou jednoducho nemôže byť. A ak fyzikálna teória tvrdí, že opisuje realitu, musí obsahovať mechanizmus, ktorý vytváranie takýchto „časových slučiek“ zakazuje, alebo prinajmenšom sťažuje ich vytváranie.
GR nepochybne tvrdí, že opisuje realitu. Našlo sa v nej veľa riešení, ktoré popisujú priestory s uzavretými časovými slučkami, no spravidla sú z toho či onoho dôvodu uznané buď za nereálne, alebo povedzme za „nenebezpečné“.
Áno, veľmi zaujímavé riešenie Na Einsteinove rovnice upozornil rakúsky matematik K. Godel: ide o homogénny stacionárny vesmír, rotujúci ako celok. Obsahuje uzavreté trajektórie, po ktorých sa môžete vrátiť nielen do východiskového bodu vo vesmíre, ale aj do východiskového bodu v čase. Výpočet však ukazuje, že minimálna časová dĺžka takejto slučky je oveľa dlhšia ako životnosť Vesmíru.
Prechodné červie diery, považované za „mosty“ medzi rôznymi vesmírmi, sú dočasné (ako sme povedali), aby sa predpokladalo, že obe ústa sa otvárajú do toho istého vesmíru, pretože sa okamžite objavia slučky. Čo potom z pohľadu všeobecnej teórie relativity bráni ich vzniku – aspoň v makroskopickom a kozmickom meradle?
Odpoveď je jednoduchá: štruktúra Einsteinových rovníc. Na ich ľavej strane sú veličiny, ktoré charakterizujú časopriestorovú geometriu, a na pravej strane - takzvaný tenzor energie-hybnosti, ktorý obsahuje informácie o hustote energie hmoty a rôznych poliach, o ich tlaku v rôznych smeroch, o ich rozloženie v priestore a o stave pohybu.
Dá sa „čítať“ Einsteinove rovnice sprava doľava, pričom sa uvádza, že ich hmota používa na to, aby „povedala“ priestoru, ako sa má zakriviť. Ale je to tiež možné - zľava doprava, potom bude výklad iný: geometria diktuje vlastnosti hmoty, ktoré by mohli zabezpečiť jej existenciu, geometriu.
Ak teda potrebujeme geometriu červej diery, dosadíme ju do Einsteinových rovníc, analyzujeme a zistíme, aký druh hmoty je potrebný. Ukazuje sa, že je to veľmi zvláštne a bezprecedentné, nazýva sa to „exotická hmota“. Na vytvorenie najjednoduchšej červej diery (sféricky symetrickej) je teda potrebné, aby hustota energie a tlak v radiálnom smere tvorili zápornú hodnotu. Je potrebné povedať, že pre bežné typy látok (ako aj pre mnohé známe fyzikálne polia) sú obe tieto veličiny kladné?..
Príroda, ako vidíme, skutočne postavila vážnu prekážku vzniku červích dier. Ale takto funguje človek a vedci nie sú výnimkou: ak bariéra existuje, vždy budú existovať tí, ktorí ju budú chcieť prekonať ...
Prácu teoretikov zaujímajúcich sa o červie diery možno podmienečne rozdeliť do dvoch komplementárnych smerov. Prvý, za predpokladu existencie červích dier vopred, zvažuje dôsledky, ktoré vzniknú, druhý sa snaží určiť, ako a z čoho môžu byť červie diery postavené, za akých podmienok vznikajú alebo môžu vzniknúť.
V dielach prvého smeru sa napríklad diskutuje o takejto otázke.
Predpokladajme, že máme k dispozícii červiu dieru, cez ktorú sa dá prejsť v priebehu niekoľkých sekúnd, a jej dve lievikovité ústie „A“ a „B“ nech sú umiestnené blízko seba v priestore. Je možné z takejto diery urobiť stroj času?
Americký fyzik Kip Thorne a jeho spolupracovníci ukázali, ako na to: myšlienkou je ponechať jedno z úst „A“ na mieste a druhé „B“ (ktoré by sa malo správať ako obyčajné masívne teleso). rozptýliť sa na rýchlosť porovnateľnú s rýchlosťou svetla a potom sa vrátiť späť a zabrzdiť blízko „A“. Potom vplyvom SRT (spomalenie času na pohybujúce sa teleso v porovnaní so stacionárnym) uplynie pre ústa „B“ menej času ako pre ústa „A“. Navyše, čím väčšia bola rýchlosť a trvanie cesty ústia "B", tým väčší bude časový rozdiel medzi nimi.
V skutočnosti ide o rovnaký „paradox dvojčiat“, ktorý vedci dobre poznajú: dvojča, ktoré sa vrátilo z letu ku hviezdam, je mladšie ako jeho domáci brat... Nech je časový rozdiel medzi ústami napr. napríklad pol roka.
Potom, keď sedíme v blízkosti ústia "A" uprostred zimy, uvidíme cez červiu dieru živý obraz minulého leta a - naozaj tohto leta a návratu, keď sme prešli cez dieru. Potom sa opäť priblížime k lieviku „A“ (ten, ako sme sa dohodli, je niekde neďaleko), opäť sa ponoríme do diery a skočíme rovno do minuloročného snehu. A toľkokrát. Pohyb opačným smerom - ponorenie sa do lievika "B", - skočme o pol roka do budúcnosti ...
Po vykonaní jedinej manipulácie s jedným z úst teda dostaneme stroj času, ktorý možno „používať“ neustále (samozrejme za predpokladu, že diera je stabilná alebo že dokážeme zachovať jej „funkčnosť“).
Diela druhého smeru sú početnejšie a možno ešte zaujímavejšie. Tento smer zahŕňa hľadanie konkrétnych modelov červích dier a štúdium ich špecifických vlastností, ktoré vo všeobecnosti určujú, čo je možné s týmito dierami robiť a ako ich používať.
Exomater a temná energia
Exotické vlastnosti hmoty, ktoré treba vlastniť Stavebný Materiál pre červie diery, ako sa ukazuje, je možné realizovať vďaka takzvanej vákuovej polarizácii kvantových polí.
K tomuto záveru nedávno dospeli ruskí fyzici Arkadij Popov a Sergey Sushkov z Kazane (spolu s Davidom Hochbergom zo Španielska) a Sergej Krasnikov z observatória Pulkovo. A vákuum v tomto prípade vôbec nie je prázdnota, ale kvantový stav s najnižšou energiou – pole bez skutočných častíc. Neustále sa v nej objavujú páry „virtuálnych“ častíc, ktoré opäť zmiznú skôr, ako ich dokázali zachytiť prístroje, no zanechajú svoju celkom reálnu stopu v podobe akéhosi tenzoru energie-hybnosti s nezvyčajnými vlastnosťami.
A hoci sa kvantové vlastnosti hmoty prejavujú najmä v mikrokozme, nimi generované červie diery (za určitých podmienok) môžu dosahovať veľmi slušné veľkosti. Mimochodom, jeden z článkov S. Krasnikova má „odstrašujúci“ názov – „Hrozba červích dier“. Najzaujímavejšia vec na tejto čisto teoretickej diskusii je tá skutočná astronomické pozorovania Zdá sa, že posledné roky značne podkopávajú pozície odporcov možnosti samotnej existencie červích dier.
Astrofyzici, ktorí študujú štatistiky výbuchov supernov v galaxiách vzdialených od nás miliardy svetelných rokov, dospeli k záveru, že náš vesmír sa nielen rozpína, ale rozpína sa stále väčšou rýchlosťou, teda so zrýchlením. Navyše, časom sa toto zrýchlenie ešte zvyšuje. Celkom sebavedomo to naznačujú najnovšie pozorovania uskutočnené najnovšími vesmírnymi teleskopmi. Nuž, teraz je čas pripomenúť si súvislosť medzi hmotou a geometriou vo všeobecnej teórii relativity: povaha rozpínania vesmíru je pevne spojená s rovnicou stavu hmoty, inými slovami, so vzťahom medzi jej hustotou a tlakom. Ak je hmota bežná (s kladnou hustotou a tlakom), potom samotná hustota časom klesá a expanzia sa spomaľuje.
Ak je tlak záporný a má rovnakú veľkosť, ale má opačné znamienko ako hustota energie (potom ich súčet = 0), potom je táto hustota konštantná v čase a priestore - ide o takzvanú kozmologickú konštantu, ktorá vedie k expanzii s konštantné zrýchlenie.
Aby však zrýchlenie rástlo s časom, a to nestačí - súčet tlaku a hustoty energie musí byť záporný. Takúto hmotu nikto nikdy nepozoroval, no zdá sa, že správanie viditeľnej časti vesmíru signalizuje jej prítomnosť. Výpočty ukazujú, že tohto druhu podivnej, neviditeľnej hmoty (nazývanej „temná energia“) by v súčasnej dobe malo byť asi 70 % a tento podiel neustále narastá (na rozdiel od bežnej hmoty, ktorá s rastúcim objemom stráca na hustote, sa tmavá energia správa paradoxne – Vesmír sa rozširuje a jeho hustota rastie). Ale napokon (a o tom sme už hovorili), práve takáto exotická hmota je tým najvhodnejším „stavebným materiálom“ na tvorbu červích dier.
Človeka to láka fantazírovať: skôr či neskôr sa objaví temná energia, vedci a technológovia sa naučia, ako ju zahusťovať a stavať červie diery, a tam – neďaleko „splneného sna“ – o strojoch času a o tuneloch vedúcich k hviezdy ...
Je pravda, že hodnotenie hustoty tmavej energie vo Vesmíre, ktorá zabezpečuje jej zrýchlenú expanziu, je trochu skľučujúce: ak je tmavá energia rozložená rovnomerne, získa sa úplne zanedbateľná hodnota - asi 10-29 g/cm3. Pre bežnú látku táto hustota zodpovedá 10 atómom vodíka na 1 m3. Dokonca aj medzihviezdny plyn je niekoľkonásobne hustejší. Ak sa teda táto cesta k vytvoreniu stroja času môže stať skutočnou, tak to nebude veľmi, veľmi skoro.
Potrebujete dieru na šišku
Doteraz sme hovorili o tunelovitých červích dierach s hladkým hrdlom. GR však predpovedá aj iný druh červích dier – a tie v zásade nevyžadujú vôbec žiadnu distribuovanú hmotu. Existuje celá trieda riešení Einsteinových rovníc, v ktorých štvorrozmerný časopriestor, plochý ďaleko od zdroja poľa, existuje akoby v duplikáte (alebo listoch) a obom spoločným len určitý tenký prstenec (zdroj poľa) a kotúč, tento prstenec obmedzený.
Tento prsteň má skutočne magickú vlastnosť: môžete sa okolo neho „potulovať“ tak dlho, ako chcete, zostať vo „svojom“ svete, no akonáhle ním prejdete, ocitnete sa v úplne inom svete, hoci podobnom "tvoj vlastný". A aby ste sa mohli vrátiť, musíte znova prejsť kruhom (a z ktorejkoľvek strany, nie nevyhnutne z tej, z ktorej ste práve odišli).
Samotný prstenec je jedinečný - zakrivenie časopriestoru sa na ňom stáča do nekonečna, ale všetky body v ňom sú celkom normálne a teleso, ktoré sa tam pohybuje, nezaznamená žiadne katastrofické účinky.
Je zaujímavé, že existuje veľa takýchto riešení - neutrálnych aj s elektrickým nábojom, s rotáciou a bez neho. Takým je najmä slávne riešenie Novozélanďana R. Kerra pre rotujúcu čiernu dieru. Najrealistickejšie popisuje čierne diery hviezdnych a galaktických mierok (o existencii ktorých už väčšina astrofyzikov nepochybuje), keďže takmer všetky nebeské telesá zažívajú rotáciu a pri stlačení sa rotácia iba zrýchli, najmä pri kolapse do čiernej diery.
Ukazuje sa teda, že rotujúce čierne diery sú „priamymi“ kandidátmi na „stroje času“?Čierne diery, ktoré vznikajú v hviezdnych systémoch, sú však obklopené a naplnené horúcim plynom a drsným, smrteľným žiarením. Okrem tejto rýdzo praktickej námietky je tu aj jedna zásadná, spojená s ťažkosťami dostať sa spod horizontu udalostí do nového časopriestorového „listu“. Nestojí to však za to, aby sme sa o tom podrobnejšie venovali, pretože podľa všeobecnej teórie relativity a mnohých jej zovšeobecnení môžu červie diery so singulárnymi prstencami existovať bez akýchkoľvek horizontov.
Existujú teda minimálne dve teoretické možnosti existencie spojenia červích dier rozdielne svety: nory môžu byť hladké a pozostávať z exotickej hmoty, alebo môžu vzniknúť v dôsledku singularity, pričom zostávajú priechodné.
Priestor a struny
Tenké singulárne prstence pripomínajú iné nezvyčajné objekty predpovedané modernou fyzikou - kozmické struny, ktoré sa vytvorili (podľa niektorých teórií) v ranom vesmíre, keď sa superhustá hmota ochladila a zmenili sa jej stavy.
Naozaj pripomínajú struny, len sú mimoriadne ťažké – mnoho miliárd ton na centimeter dĺžky s hrúbkou zlomku mikrónu. A ako ukázali Američan Richard Gott a Francúz Gerard Clement, na vytváranie štruktúr obsahujúcich časové slučky sa dá použiť niekoľko vzájomne sa pohybujúcich strún vysokou rýchlosťou. To znamená, že pohybom v gravitačnom poli týchto strún sa môžete vrátiť do východiskového bodu skôr, ako ste z neho vyleteli.
Astronómovia dlho hľadali tento druh vesmírnych objektov a dnes už existuje jeden „dobrý“ kandidát - objekt CSL-1. Ide o dve prekvapivo podobné galaxie, ktoré sú v skutočnosti pravdepodobne jednou, iba rozdvojenou vplyvom gravitačnej šošovky. Navyše v tomto prípade nie je gravitačná šošovka guľová, ale valcová, pripomínajúca dlhú tenkú ťažkú niť.
Pomôže piata dimenzia?
V prípade, že časopriestor obsahuje viac ako štyri dimenzie, architektúra červích dier získava nové, dovtedy nepoznané možnosti.
A tak sa v posledných rokoch stal populárnym pojem „svet brány“. Predpokladá, že všetka pozorovateľná hmota sa nachádza na nejakom štvorrozmernom povrchu (označovanom výrazom "brána" - skrátené slovo pre "membránu") a v okolitom päť alebo šesťrozmernom objeme nie je nič iné ako gravitačné pole. Gravitačné pole na samotnej bráne (a toto je jediné, ktoré pozorujeme) sa riadi upravenými Einsteinovými rovnicami a majú príspevok z geometrie okolitého objemu.
Takže tento príspevok je schopný hrať úlohu exotickej hmoty, ktorá vytvára červie diery. Nory môžu mať akúkoľvek veľkosť a stále nemajú vlastnú gravitáciu.
Tým sa samozrejme nevyčerpáva celá paleta „konštrukcií“ červích dier a všeobecným záverom je, že pri všetkej nezvyčajnosti ich vlastností a pri všetkých ťažkostiach základnej, vrátane filozofickej povahy, ku ktorým môžu viesť, ich prípadná existencia stojí za to zaobchádzať s plnou vážnosťou a náležitou pozornosťou.
Nedá sa napríklad vylúčiť, že v medzihviezdnom alebo medzigalaktickom priestore existujú veľké diery, už len kvôli koncentrácii veľmi tmavej energie, ktorá urýchľuje expanziu vesmíru.
Na otázky – ako môžu hľadať pozemského pozorovateľa a či existuje spôsob, ako ich odhaliť – zatiaľ neexistuje jednoznačná odpoveď. Na rozdiel od čiernych dier, červie diery nemusia mať ani viditeľné príťažlivé pole (možné je aj odpudzovanie), a preto v ich blízkosti netreba očakávať výrazné koncentrácie hviezd či medzihviezdneho plynu a prachu.
Ale za predpokladu, že dokážu „skratovať“ oblasti alebo epochy, ktoré sú od seba vzdialené a prechádzajú cez seba žiarenie svietidiel, je celkom možné očakávať, že nejaká vzdialená galaxia sa bude zdať nezvyčajne blízko.
V dôsledku rozpínania Vesmíru, čím je galaxia vzdialenejšia, tým väčší posun spektra (smerom k červenej strane) k nám prichádza jej žiarenie. Ale pri pohľade cez červiu dieru nemusí byť žiadny červený posun. Alebo bude, ale - iný. Niektoré z týchto objektov možno pozorovať súčasne dvoma spôsobmi – cez dieru alebo „zvyčajným“ spôsobom „za dieru“.
Znamenie kozmickej červej diery teda môže byť nasledovné: pozorovanie dvoch objektov s veľmi podobnými vlastnosťami, ale v rôznych zdanlivých vzdialenostiach a s rôznymi červenými posunmi.
Ak sa napriek tomu objavia (alebo postavia) červie diery, oblasť filozofie, ktorá sa zaoberá interpretáciou vedy, bude čeliť novým a musím povedať, že veľmi ťažké úlohy. A napriek všetkej zdanlivej absurdnosti časových slučiek a zložitosti problémov spojených s kauzalitou, táto oblasť vedy s najväčšou pravdepodobnosťou skôr či neskôr na to všetko nejako príde. Rovnako ako kedysi "narábali" s koncepčné problémy kvantová mechanika a Einsteinova teória relativity...
Kirill Bronnikov, doktor fyzikálnych a matematických vied
