Wormhole: istorija, teorija, tipai, mokymas, kelionės laiku

Astrofizikos ir kosmologijos širdys, kuri yra erdvė, jungianti du taškus erdvės laiko audinyje. Kaip ir krintantis obuolys įkvėpė Izaoko Niutono gravitacijos teoriją 1687 m., Obuolius perforuojantys kirminai įkvėpė naujų teorijų, taip pat ir gravitacijos kontekste.

Kaip tik kirminas sugeba pasiekti kitą bloko paviršiaus tašką per tunelį, erdvės laiko kirminų skylės yra teorinės nuorodos, leidžiančios per trumpesnį laiką keliauti į tolimas vietas visatoje.

Tai idėja, kuri užfiksavo ir tęsia daugelio vaizduotę. Tuo tarpu kosmologai ieško būdų, kaip įrodyti jų egzistavimą. Bet šiuo metu jie vis dar yra spekuliacijos objektas.

Norėdami šiek tiek priartėti prie širdys skylių supratimo, galimybės keliauti laiku per juos ir skirtumus, kurie egzistuoja tarp kirminų ir juodųjų skylių, turime įdėti erdvės laiko koncepciją.

Kas yra erdvė?

Erdvės laiko sąvoka yra glaudžiai susijusi su kirmino prasme. Štai kodėl būtina pirmiausia nustatyti, kas yra ir kokia yra jos pagrindinė charakteristika.

Erdvės laikas - kiekvienas įvykis visatoje. O visata savo ruožtu yra erdvės laiko visuma, galinti įsisavinti visas materijos ir energijos formas ...

Kai draugas susitinka su drauge, tai yra įvykis, tačiau šis įvykis turi tam tikras erdvines koordinates: susitikimo vietą. Ir laiko koordinatė: susitikimo metai, mėnuo, diena ir valanda.

Žvaigždės gimimas arba supernovos sprogimas taip pat yra įvykiai, vykstantys erdvės metu.

Dabar visatos regione be masės ir sąveikos erdvė yra vienoda. Tai reiškia, kad du lygiagrečiai pradėti šviesos spinduliai tęsiasi taip, kol jie lieka šiame regione. Beje, šviesos spinduliui laikas yra amžinas.

Žinoma, erdvės laikas ne visada yra vienodas. Visata apima objektus, turinčius masę, keičiančią erdvės laiką, kilusį iš erdvės laiko kreivumo visuotiniu mastu.

Tai buvo pats Albertas Einšteinas, įkvėpimo momentu, kad jis pavadino „laimingiausią mano gyvenimo idėją“, kad pagreitintas stebėtojas yra lokaliai neatskiriamas nuo kito, kuris yra arti masinio objekto. Tai žinomas lygiavertiškumo principas.

Ir pagreitinta stebėtojo kreivė erdvė, ty Euklido geometrija nebegalioja. Todėl masinio objekto, pvz., Žvaigždės, planetos, galaktikos, juodosios skylės ar pačios visatos aplinkoje, erdvės laikas yra išlenktas.

Šį kreivumą žmonės suvokia kaip jėga, vadinama gravitacija, kasdien, bet paslaptingai.

Gravitacija yra tokia paslaptinga, kaip jėga, kuri mus verčia į priekį, kai autobusas staiga sustoja. Tai tarsi staiga kažkas nepastebimas, tamsus ir masyvus, kurį mes stovėjome priešais mus ir traukėme mus, stumdami mus staiga į priekį.

Planetos juda elipsės formos aplink Saulę, nes šios masės masė sukelia erdvės laiko paviršiaus depresiją, dėl kurios planetos kreivės jų trajektorijas. Šviesos spindulys taip pat kreivė savo trajektoriją po saulės sukurtos erdvės laiko depresijos.

Tuneliai per erdvę

Jei erdvės laikas yra išlenktas paviršius, iš principo niekas netrukdo sričiai sujungti per kitą per tunelį. Kelionė per tokį tunelį galėtų apimti ne tik vietos keitimą, bet ir galimybę pereiti į kitą laiką.

Ši idėja įkvėpė daugelį mokslinės fantastikos knygų, serijų ir filmų, tarp jų ir garsųjį amerikietišką „60-ojo dešimtmečio seriją“ ir neseniai „Star Trek“ franšizės „The Deep Space 9“ ir 2014 m.

Idėja kilo iš to paties Einšteino, kuris ieško sprendimų, susijusių su bendrosios reliatyvumo lauko lygtimis, su Nathan Rosen'u, teoriniu sprendimu, leidžiančiu sujungti du skirtingus erdvės laiko regionus per tunelį, kuris veikė kaip nuorodos.

Šis sprendimas yra žinomas kaip Einšteino-Rozeno tiltas ir pasirodo 1935 m. Paskelbtame darbe.

Tačiau sąvoka „kirminas“ pirmą kartą buvo panaudota 1957 m., Dėka teorinių fizikų Johno Wheelerio ir Charleso Misnerio paskelbimo tais metais. Anksčiau buvo kalbama apie „vieno matmens vamzdžius“, kad būtų galima paminėti tą pačią idėją.

Vėliau 1980 m. Carl Sagan rašė mokslinės fantastikos romaną „Kontaktai“, knygą, iš kurios vėliau buvo filmas. Žmogus, kurio vardas yra Elly, atranda protingą nežemišką gyvenimą 25 tūkst. Šviesmečių. Carl Sagan norėjo, kad Elly ten vyktų, bet moksliškai patikimu būdu.

Keliauti 25 tūkstančius šviesmečių žmogui nėra lengva užduotis, nebent ieškoma nuorodos. Juoda skylė negali būti sprendimas, nes artėjant prie atskirumo, diferencialinis gravitacija pakrauna laivą ir jo įgulą.

Ieškodamas kitų galimybių, Carl Sagan konsultavosi su vienu iš pagrindinių juodosios skylės ekspertų: Kip Thorne, kuris pradėjo galvoti apie šį klausimą ir suprato, kad Einšteino-Roseno tiltai arba kirminai Wheeler buvo sprendimas.

Tačiau Thorne taip pat pastebėjo, kad matematinis sprendimas buvo nestabilus, ty atveriamas tunelis, tačiau per trumpą laiką jis svaigina ir dingsta.

Sliekų skylių nestabilumas

Ar galima naudoti širdys skyles, norint keliauti dideliais atstumais erdvėje ir laike?

Kadangi jie buvo sukurti, kirminai tarnavo daugelyje mokslinės fantastikos sklypų, kad jų veikėjai būtų nutolę į atokias vietas ir patirtų netiesinio laiko paradoksus.

Kip Thorne rado du galimus kirminų nestabilumo problemos sprendimus:

• Per vadinamąjį kvantinę putą . Plancko skalėje (10-35 m) yra kvantiniai svyravimai, galintys prijungti du erdvės erdvės regionus per mikrotunnelius. Labai pažangi hipotetinė civilizacija galėtų rasti būdą, kaip išplėsti pasažas ir išlaikyti juos pakankamai ilgai, kad žmogus galėtų praeiti.
• Neigiamas masės klausimas. Remiantis paties Thorne 1990 m. Paskelbtais skaičiavimais, būtų reikalinga didžiulė suma šio keisto dalyko, kad kirmino galai būtų atidaryti.

Svarbus dalykas dėl šio paskutinio sprendimo yra tas, kad, priešingai nei juodosios skylės, nėra atskirumo ar kvantinių reiškinių, o žmonių judėjimas per tokį tunelį būtų įgyvendinamas.

Tokiu būdu kirminai leistų ne tik prijungti tolimus regionus erdvėje, bet ir atskirti laiku. Todėl jie yra mašinos, kuriomis galima keliauti laiku.

Stephen Hawking, puikus XX a. Pabaigoje esančios kosmologijos šaltinis, netikėjo, kad tai yra įmanoma, ar kirminų ar laiko mašinų, nes daugelis paradoksų ir prieštaravimų kilo iš jų.

Tai nesumažino kitų tyrinėtojų dvasios, kurios pasiūlė galimybę, kad dvi juodosios skylės skirtingose ​​erdvės laiko vietose yra vidiniu būdu sujungtos su širdys.

Nors tai nereiškia, kad kelionė erdvėje - laiko atžvilgiu yra praktiška, nes be kančių, dėl kurių pateksite į juodosios skylės savitumą, nebūtų galimybės palikti kitą pusę, nes tai dar viena juoda skylė.

Skirtumai tarp juodųjų skylių ir kirminų

Kai kalbate apie kirminą, tuoj pat galvojate apie juodas skyles.

Natūraliai suformuota juoda skylė po žvaigždės evoliucijos ir mirties, turinčios tam tikrą kritinę masę.

Jis atsiranda po to, kai žvaigždė išnaudoja savo branduolinį kurą ir negrįžtamai susitraukia dėl savo gravitacijos jėgos. Jis tęsiasi nepaliaujamai tol, kol jis sukels tokį žlugimą, kad nieko mažiau nei įvykio horizonto spindulys gali pabėgti, o ne šviesa.

Palyginimui, kirminas yra išskirtinis įvykis, sąlygotas hipotetinės erdvės laiko kreivės anomalijos. Teoriškai galima juos pereiti.

Tačiau, jei kas nors bandė pereiti per juodąją skylę, intensyvus gravitacijos ir ekstremalios spinduliuotės artimumo aplinkoje paverstų jį į ploną subatominių dalelių siūlą.

Yra netiesioginių įrodymų ir tik neseniai tiesioginiai juodųjų skylių egzistavimo įrodymai. Tarp šių įrodymų yra gravitacinių bangų išskyrimas ir aptikimas, pritraukiant ir sukant dvi didžiules juodas skyles, nustatytas LIGO gravitacinių bangų observatorijoje.

Yra įrodymų, kad didelių galaktikų centre, kaip ir mūsų Paukščių takas, yra supermazinis juodas skylė.

Spartus žvaigždžių sukimas šalia centro, taip pat didžiulis iš jo kylantis aukšto dažnio spinduliavimas yra netiesioginis įrodymas, kad yra didžiulis juodas skylė, kuri paaiškina šių reiškinių buvimą.

Tik 2019 m. Balandžio 10 d. Pasauliui buvo parodyta pirmoji supermazinio juodosios skylės (7000 milijonų kartų Saulės masės) nuotrauka, esanti labai tolimoje galaktikoje: Mesjė 87 Virgo žvaigždyne, iki 55 mln. šviesos metų iš Žemės.

Ši juodosios skylės nuotrauka tapo įmanoma, nes pasaulinis teleskopų tinklas, vadinamas „Event Horizon Telescope“, dalyvavo daugiau nei 200 mokslininkų iš viso pasaulio.

Vietoj to, kol nėra kirminų, nėra jokių įrodymų. Mokslininkai sugebėjo aptikti ir sekti juodąją skylę, tačiau tas pats nebuvo įmanoma su kirminais.

Todėl jie yra hipotetiniai objektai, nors ir teoriškai įmanomi, nes vienu metu jie buvo ir juodosios skylės.

Veislės / kirminų tipai

Nors jie dar nebuvo aptikti arba galbūt būtent dėl ​​to, jie įsivaizdavo skirtingas kirminų galimybes. Visi teoriškai yra įmanomi, nes jie atitinka Einšteino bendrosios reliatyvumo lygtis. Štai keletas:

• Wormholes, kurios sujungia du tos pačios visatos erdvės-laiko regionus.
• Wormholes, galinčios sujungti visatą su kita visata.
• Einšteino-Rozeno tiltai, kuriuose medžiaga gali eiti iš vienos angos į kitą. Nors šis medžiagos žingsnis sukeltų nestabilumą, dėl kurio tunelis žlugs.
• Kip Thorne kirminas su negatyvios masės sferiniu apvalkalu. Jis yra stabilus ir atrinkiamas abiem kryptimis.
• Vadinamasis Schwarzschild kirminas, susidedantis iš dviejų statinių juodųjų skylių. Jie nėra įveikiami, nes medžiaga ir šviesa yra tarp abiejų galų.
• Sliekai su apkrova ir (arba) sukimu arba Kerr, susidedantys iš dviejų vidiniu būdu sujungtų dinaminių juodųjų skylių, judančių viena kryptimi.
• Kvantinės erdvės-laiko putos, kurių egzistavimas yra teoriškai subatominio lygio. Putos sudaro labai nestabilūs subatominiai tuneliai, jungiantys skirtingas sritis. Norint juos stabilizuoti ir išplėsti, reikėjo sukurti kvarkų ir gluonų plazmą, kuri savo gamybai reikštų beveik begalinį energijos kiekį.
• Visai neseniai, dėka eilutės teorijos, jis buvo teoriškai išreikštas kosminių stygų palaikomomis kirminų skylėmis.
• Juodosios skylės susipynusios ir atskirtos, iš kurių atsiranda erdvės laiko skylė, arba Einšteino-Rozeno tiltas, kuris kartu laikomas gravitacijos. Tai teorinis sprendimas, kurį 2013 m. Rugsėjo mėn. Pasiūlė fizikai Juan Maldacena ir Leonard Susskind.

Visi yra visiškai įmanomi, nes jie nėra prieštaringi Einšteino bendrosios reliatyvumo lygtims.

Ar galima vieną dieną pamatyti kirminus?

Jau seniai juodosios skylės buvo teoriniai Einšteino lygčių sprendimai. Pats Einšteinas suabejojo ​​galimybe, kad žmonija galėtų juos aptikti.

Taigi, ilgą laiką juodosios skylės liko teorinės prognozės, kol jos buvo rastos ir išdėstytos. Mokslininkai turi tą pačią viltį širdys.

Labai tikėtina, kad jie taip pat yra, bet jie dar nėra sužinoję, kaip juos rasti. Nors pagal neseniai paskelbtą informaciją, kirminų skylės paliks pėdsakus ir šešėlius, pastebimus net su teleskopais.

Manoma, kad fotonai perkelia aplink kirminą, generuodami šviesos žiedą. Artimiausi fotonai patenka į vidų ir palieka šešėlį, kuris juos atskirs nuo juodųjų skylių.

Anot Mumbajaus Tata instituto fundamentinių tyrimų fiziko Rajibul Shaikh, Indijoje, rotacinio kirmino tipas sukurtų didesnį ir deformuotą šešėlį nei juoda skylė.

Savo darbe Shaikh ištyrė teorinius šešėlius, kuriuos numato tam tikra besisukančių kirminų klasių grupė, sutelkiant dėmesį į svarbų skylės gerklės vaidmenį formuojant fotonų šešėlį, kuris identifikuoja ir skiria jį nuo juodosios skylės.

Shaikh taip pat išanalizavo šešėlio priklausomybę nuo kirmino kiaurymės ir taip pat lygino jį su šešėliu, kurį parodė besisukanti „Kerr“ skylė, rasta reikšmingų skirtumų. Tai visiškai teorinis darbas.

Be to, šiuo metu kirminai lieka matematinėmis abstrakcijomis, tačiau įmanoma, kad netrukus galės juos matyti. Kitu kraštutiniu atveju, kol kas lieka tikėtina.