Sains dalam film "Interstellar": lubang cacing, lubang hitam, ruang-waktu. Tidak ada kata menyerah

Dalam fiksi ilmiah lubang cacing, atau lubang cacing, adalah metode yang sering digunakan untuk menempuh jarak yang sangat jauh di ruang angkasa. Bisakah jembatan ajaib ini benar-benar ada?

Untuk semua antusiasme saya untuk masa depan umat manusia di luar angkasa, ada satu masalah yang jelas. Kami adalah karung daging lunak yang sebagian besar terdiri dari air, dan yang lainnya sangat jauh dari kami. Bahkan dengan teknologi penerbangan luar angkasa yang paling optimis, kita dapat membayangkan bahwa kita tidak akan pernah mencapai bintang lain dalam waktu yang sama dengan durasi hidup manusia.

Kenyataan memberi tahu kita bahwa bahkan bintang-bintang terdekat dengan kita sangat jauh, dan akan membutuhkan banyak energi atau waktu untuk melakukan perjalanan ini. Kenyataan memberitahu kita bahwa kita membutuhkan pesawat ruang angkasa yang entah bagaimana bisa terbang selama ratusan atau ribuan tahun sementara astronot lahir di atasnya, generasi demi generasi, menjalani hidup mereka dan mati saat terbang ke bintang lain.

Fiksi ilmiah, di sisi lain, membawa kita ke metode untuk membangun mesin canggih. Libatkan drive warp dan saksikan bintang-bintang bergegas melewatinya, buat perjalanan ke Alpha Centauri secepat dan menyenangkan seperti berlayar di atas kapal di suatu tempat di laut.

Bingkai dari film "Interstellar".

Dan Anda tahu apa yang lebih mudah? lubang cacing; terowongan ajaib yang menghubungkan dua titik ruang dan waktu satu sama lain. Tetapkan tujuan, tunggu gerbang bintang stabil, dan terbang saja... terbang setengah galaksi ke tujuan Anda.

Ya, itu sangat keren! Seseorang seharusnya menemukan lubang cacing ini, mengantarkan masa depan baru perjalanan antargalaksi yang berani. Apa itu lubang cacing, dan seberapa cepat saya bisa menggunakannya? Anda bertanya...

Lubang cacing, juga dikenal sebagai jembatan Einstein-Rosen, adalah metode teoretis untuk melipat ruang dan waktu sehingga Anda dapat menghubungkan dua titik dalam ruang bersama-sama. Kemudian Anda bisa langsung berpindah dari satu tempat ke tempat lain.

Kami akan menggunakan demo klasik dari , di mana Anda menggambar garis antara dua titik pada selembar kertas, lalu lipat kertas dan masukkan pensil di dua titik itu untuk mempersingkat jalur. Ini bekerja dengan baik di atas kertas, tetapi apakah ini fisika nyata?

Albert Einstein difoto pada tahun 1953. Fotografer: Ruth Orkin.

Seperti yang diajarkan Einstein kepada kita, gravitasi bukanlah gaya yang menarik materi seperti magnetisme, melainkan kelengkungan ruang-waktu. Bulan mengira itu hanya mengikuti garis lurus melalui ruang, tetapi sebenarnya mengikuti jalur melengkung yang diciptakan oleh gravitasi Bumi.

Jadi, menurut fisikawan Einstein dan Nathan Rosen, Anda bisa memelintir jalinan ruang-waktu begitu erat sehingga dua titik akan berada di lokasi fisik yang sama. Jika Anda dapat menjaga agar lubang cacing tetap stabil, Anda dapat dengan aman memisahkan kedua wilayah ruang-waktu ini sehingga mereka masih berada di lokasi yang sama, tetapi dipisahkan oleh jarak yang Anda suka.

Kami menuruni gravitasi dengan baik di satu sisi lubang cacing, dan kemudian muncul dengan kecepatan kilat di tempat lain pada jarak jutaan dan miliaran tahun cahaya. Sementara penciptaan lubang cacing secara teoritis mungkin, mereka praktis tidak mungkin dari apa yang kita pahami saat ini.

Masalah besar pertama adalah bahwa lubang cacing tidak dapat dilewati, menurut Teori Relativitas Umum. Jadi ingatlah itu, fisika yang memprediksi hal-hal ini melarang penggunaannya sebagai metode transportasi. Yang merupakan pukulan yang cukup serius bagi mereka.

Ilustrasi artistik dari pesawat ruang angkasa yang bergerak melalui lubang cacing ke galaksi yang jauh. Kredit: NASA.

Kedua, bahkan jika lubang cacing bisa dibuat, kemungkinan besar tidak akan stabil, langsung mati setelah dibuat. Jika Anda mencoba untuk pergi ke salah satu ujungnya, Anda mungkin akan jatuh melalui .

Ketiga, jika mereka dapat dilintasi, dan seseorang dapat menjaganya tetap stabil, segera setelah materi apa pun mencoba melewatinya - bahkan foton cahaya - itu akan menghancurkan lubang cacing.

Ada secercah harapan, karena fisikawan masih belum menemukan cara untuk menggabungkan teori gravitasi dan mekanika kuantum. Ini berarti bahwa alam semesta itu sendiri mungkin mengetahui sesuatu tentang lubang cacing yang belum kita pahami. Ada kemungkinan bahwa mereka diciptakan secara alami sebagai bagian dari ketika ruang-waktu seluruh alam semesta ditarik ke dalam singularitas.

Para astronom telah mengusulkan untuk mencari lubang cacing di luar angkasa dengan mengamati bagaimana gravitasi mereka mendistorsi cahaya bintang di belakang mereka. Belum ada yang muncul. Salah satu kemungkinannya adalah lubang cacing terlihat alami, seperti partikel virtual yang kita ketahui ada. Hanya mereka yang sangat kecil, dari skala Planck. Anda akan membutuhkan pesawat ruang angkasa yang lebih kecil.

Salah satu implikasi yang paling menarik dari lubang cacing adalah mereka juga memungkinkan Anda untuk melakukan perjalanan melalui waktu. Berikut cara kerjanya. Pertama, buat lubang cacing di lab. Kemudian ambil salah satu ujungnya, letakkan pesawat ruang angkasa di dalamnya, dan terbang dengan kecepatan cahaya yang signifikan, sehingga efek pelebaran waktu berlaku.

Bagi orang-orang di pesawat luar angkasa, itu hanya akan memakan waktu beberapa tahun, sementara ratusan atau bahkan ribuan generasi manusia akan berubah di Bumi. Dengan asumsi Anda bisa menjaga lubang cacing tetap stabil, terbuka, dan dapat dilalui, maka menjelajahinya akan sangat menarik.

Jika Anda pergi ke satu arah, Anda tidak hanya akan menempuh jarak antara lubang cacing, tetapi Anda juga akan bergerak maju dalam waktu, dan dalam perjalanan kembali: kembali ke masa lalu.

Beberapa fisikawan, seperti Leonard Susskind, percaya bahwa ini tidak akan berhasil karena akan melanggar dua prinsip dasar fisika: hukum kekekalan energi dan prinsip ketidakpastian Heisenberg tentang waktu-energi.

Sayangnya, tampaknya lubang cacing harus tetap berada di ranah fiksi ilmiah di masa mendatang, mungkin selamanya. Bahkan jika memungkinkan untuk membuat lubang cacing, Anda harus membuatnya tetap stabil, terbuka, dan kemudian mencari cara untuk membiarkan materi lewat tanpa runtuh. Namun, jika Anda bisa mengetahuinya, Anda akan membuat perjalanan ruang angkasa menjadi sangat nyaman.

Judul artikel yang Anda baca "Apa itu lubang cacing, atau lubang cacing?".

Itu melengkung, dan gravitasi, yang akrab bagi kita semua, adalah manifestasi dari properti ini. Materi membengkokkan, "membengkokkan" ruang di sekitarnya, dan semakin banyak, semakin padat. Ruang, ruang, dan waktu adalah topik yang sangat menarik. Setelah membaca artikel ini, Anda pasti akan belajar sesuatu yang baru tentang mereka.

Ide kelengkungan

Banyak teori gravitasi lainnya, yang jumlahnya ratusan saat ini, berbeda secara detail dari relativitas umum. Namun, semua hipotesis astronomi ini mempertahankan hal utama - gagasan tentang kelengkungan. Jika ruang melengkung, maka kita dapat berasumsi bahwa itu dapat mengambil, misalnya, bentuk pipa yang menghubungkan area yang dipisahkan oleh beberapa tahun cahaya. Dan bahkan mungkin era yang berjauhan satu sama lain. Lagi pula, kita tidak berbicara tentang ruang yang akrab bagi kita, tetapi tentang ruang-waktu ketika kita mempertimbangkan kosmos. Sebuah lubang di dalamnya hanya dapat muncul dalam kondisi tertentu. Kami mengundang Anda untuk melihat lebih dekat fenomena menarik seperti lubang cacing.

Ide pertama tentang lubang cacing

Luar angkasa dan misterinya mengundang. Pikiran tentang kelengkungan muncul segera setelah GR diterbitkan. L. Flamm, seorang fisikawan Austria, sudah pada tahun 1916 mengatakan bahwa geometri spasial dapat eksis dalam bentuk semacam lubang yang menghubungkan dua dunia. Ahli matematika N. Rosen dan A. Einstein pada tahun 1935 memperhatikan bahwa solusi paling sederhana dari persamaan dalam kerangka relativitas umum, yang menggambarkan sumber-sumber bermuatan listrik atau netral yang terisolasi yang menciptakan, memiliki struktur spasial "jembatan". Artinya, mereka menghubungkan dua alam semesta, dua ruang-waktu yang hampir datar dan identik.

Belakangan, struktur spasial ini dikenal sebagai "lubang cacing", yang merupakan terjemahan yang agak longgar dari kata Inggris lubang cacing. Terjemahan yang lebih dekat adalah "lubang cacing" (di luar angkasa). Rosen dan Einstein bahkan tidak mengesampingkan kemungkinan menggunakan "jembatan" ini untuk menggambarkan partikel elementer dengan bantuan mereka. Memang, dalam hal ini partikel adalah formasi spasial murni. Oleh karena itu, tidak perlu secara khusus memodelkan sumber muatan atau massa. Dan pengamat eksternal yang jauh, jika lubang cacing memiliki dimensi mikroskopis, hanya melihat sumber titik dengan muatan dan massa saat berada di salah satu ruang ini.

Jembatan Einstein-Rosen

Di satu sisi, garis gaya listrik memasuki lubang, dan di sisi lain mereka keluar, tanpa berakhir atau mulai di mana pun. J. Wheeler, seorang fisikawan Amerika, mengatakan pada kesempatan ini bahwa "muatan tanpa muatan" dan "massa tanpa massa" diperoleh. Sama sekali tidak perlu dalam kasus ini untuk mempertimbangkan bahwa jembatan berfungsi untuk menghubungkan dua alam semesta yang berbeda. Tidak kurang tepat adalah asumsi bahwa kedua "mulut" lubang cacing keluar ke alam semesta yang sama, tetapi pada waktu yang berbeda dan pada titik yang berbeda di dalamnya. Ternyata sesuatu yang menyerupai "pegangan" berongga, jika dijahit ke dunia yang hampir datar dan akrab. Garis-garis gaya memasuki mulut, yang dapat dipahami sebagai muatan negatif (misalkan elektron). Mulut tempat mereka keluar memiliki muatan positif (positron). Adapun massa, mereka akan sama di kedua sisi.

Kondisi untuk pembentukan "jembatan" Einstein-Rosen

Gambar ini, dengan segala daya tariknya, tidak tersebar luas dalam fisika partikel elementer, karena ada banyak alasan. Tidak mudah untuk mengaitkan sifat kuantum dengan "jembatan" Einstein-Rosen, yang sangat diperlukan di dunia mikro. "Jembatan" semacam itu tidak terbentuk sama sekali untuk nilai muatan dan massa partikel yang diketahui (proton atau elektron). Solusi "listrik" malah memprediksi singularitas "telanjang", yaitu, titik di mana medan listrik dan kelengkungan ruang menjadi tak terbatas. Pada titik-titik seperti itu, konsep ruang-waktu, bahkan dalam kasus kelengkungan, kehilangan maknanya, karena tidak mungkin menyelesaikan persamaan yang memiliki jumlah suku tak terhingga.

Kapan OTO tidak berfungsi?

Dengan sendirinya, GR pasti menyatakan dengan tepat kapan berhenti bekerja. Di leher, di tempat "jembatan" tersempit, ada pelanggaran kelancaran koneksi. Dan harus dikatakan bahwa itu agak nontrivial. Dari posisi pengamat jauh, waktu berhenti di leher ini. Apa yang Rosen dan Einstein pikirkan sebagai tenggorokan sekarang didefinisikan sebagai cakrawala peristiwa lubang hitam (baik bermuatan atau netral). Sinar atau partikel dari berbagai sisi "jembatan" jatuh pada "bagian" cakrawala yang berbeda. Dan di antara bagian kiri dan kanannya, secara relatif, ada area non-statis. Untuk melewati daerah itu, tidak mungkin untuk tidak mengatasinya.

Ketidakmampuan untuk melewati lubang hitam

Sebuah pesawat ruang angkasa yang mendekati cakrawala lubang hitam yang relatif besar tampaknya membeku selamanya. Semakin jarang, sinyal darinya mencapai ... Sebaliknya, cakrawala menurut jam kapal dicapai dalam waktu yang terbatas. Ketika sebuah kapal (berkas cahaya atau partikel) melewatinya, ia akan segera mengalami singularitas. Di sinilah kelengkungan menjadi tak terbatas. Dalam singularitas (masih dalam perjalanan ke sana), tubuh yang diperpanjang pasti akan robek dan hancur. Inilah realitas lubang hitam.

Penelitian lebih lanjut

Pada tahun 1916-17. Solusi Reisner-Nordström dan Schwarzschild diperoleh. Mereka menggambarkan lubang hitam bermuatan listrik simetris dan netral berbentuk bola. Namun, fisikawan mampu sepenuhnya memahami geometri kompleks ruang-ruang ini hanya pada pergantian tahun 1950-an dan 60-an. Saat itulah D. A. Wheeler, yang dikenal karena karyanya dalam teori gravitasi dan fisika nuklir, mengusulkan istilah "lubang cacing" dan "lubang hitam". Ternyata di ruang Reisner-Nordström dan Schwarzschild benar-benar ada lubang cacing di luar angkasa. Mereka sama sekali tidak terlihat oleh pengamat yang jauh, seperti lubang hitam. Dan, seperti mereka, lubang cacing di luar angkasa adalah abadi. Tetapi jika pengelana menembus cakrawala, mereka runtuh begitu cepat sehingga baik sinar cahaya maupun partikel besar, apalagi sebuah kapal, tidak bisa terbang melewatinya. Untuk terbang ke mulut lain, melewati singularitas, Anda harus bergerak lebih cepat daripada cahaya. Saat ini, fisikawan percaya bahwa kecepatan supernova energi dan materi pada dasarnya tidak mungkin.

Schwarzschild dan Reisner-Nordstrom

Lubang hitam Schwarzschild dapat dianggap sebagai lubang cacing yang tidak dapat ditembus. Adapun lubang hitam Reisner-Nordström, agak lebih rumit, tetapi juga tidak bisa dilewati. Namun, tidak sulit untuk menemukan dan menggambarkan lubang cacing empat dimensi di ruang angkasa yang dapat dilalui. Anda hanya perlu memilih jenis metrik yang Anda butuhkan. Tensor metrik, atau metrik, adalah kumpulan nilai yang dapat digunakan untuk menghitung interval empat dimensi yang ada di antara titik peristiwa. Himpunan kuantitas ini sepenuhnya mencirikan medan gravitasi dan geometri ruang-waktu. Lubang cacing yang dapat dilintasi secara geometris di luar angkasa bahkan lebih sederhana daripada lubang hitam. Mereka tidak memiliki cakrawala yang mengarah pada bencana alam dengan berlalunya waktu. Pada titik yang berbeda, waktu dapat berjalan dengan kecepatan yang berbeda, tetapi tidak boleh berhenti atau dipercepat tanpa batas.

Dua arah penelitian lubang cacing

Alam telah menempatkan penghalang di jalan munculnya lubang cacing. Namun, seseorang diatur sedemikian rupa sehingga jika ada hambatan, akan selalu ada orang yang ingin mengatasinya. Dan para ilmuwan tidak terkecuali. Karya-karya ahli teori yang terlibat dalam studi lubang cacing dapat secara kondisional dibagi menjadi dua bidang yang saling melengkapi. Yang pertama membahas pertimbangan konsekuensinya, dengan asumsi sebelumnya bahwa lubang cacing memang ada. Perwakilan dari arah kedua mencoba memahami dari apa dan bagaimana mereka dapat muncul, kondisi apa yang diperlukan untuk kemunculannya. Ada lebih banyak karya ke arah ini daripada yang pertama dan, mungkin, mereka lebih menarik. Area ini mencakup pencarian model lubang cacing, serta studi propertinya.

Prestasi fisikawan Rusia

Ternyata, sifat-sifat materi, yang merupakan bahan untuk konstruksi lubang cacing, dapat diwujudkan karena polarisasi kevakuman medan kuantum. Fisikawan Rusia Sergei Sushkov dan Arkady Popov, bersama dengan peneliti Spanyol David Hochberg, dan Sergei Krasnikov baru-baru ini sampai pada kesimpulan ini. Kekosongan dalam hal ini bukanlah kehampaan. Ini adalah keadaan kuantum yang dicirikan oleh energi terendah, yaitu, bidang di mana tidak ada partikel nyata. Di bidang ini, pasangan partikel "virtual" terus muncul, menghilang sebelum terdeteksi oleh perangkat, tetapi meninggalkan jejaknya dalam bentuk tensor energi, yaitu impuls yang dicirikan oleh sifat yang tidak biasa. Terlepas dari kenyataan bahwa sifat kuantum materi terutama dimanifestasikan dalam mikrokosmos, lubang cacing yang dihasilkan oleh mereka, dalam kondisi tertentu, dapat mencapai ukuran yang signifikan. Omong-omong, salah satu artikel Krasnikov berjudul "Ancaman Lubang Cacing".

Sebuah pertanyaan tentang filsafat

Jika lubang cacing pernah dibangun atau ditemukan, bidang filsafat yang berkaitan dengan interpretasi sains akan menghadapi tantangan baru, dan, harus dikatakan, sangat sulit. Untuk semua loop waktu yang tampaknya absurd dan masalah kausalitas yang sulit, bidang sains ini mungkin akan menemukan jawabannya suatu hari nanti. Sama seperti masalah mekanika kuantum dan kosmos yang diciptakan, ruang dan waktu diselesaikan pada waktunya - semua pertanyaan ini telah menarik minat orang di segala usia dan, tampaknya, akan selalu menarik bagi kita. Hampir tidak mungkin untuk mengenal mereka sepenuhnya. Eksplorasi luar angkasa sepertinya tidak akan pernah selesai.

Lubang Tahi Lalat. Apa itu "Lubang Cacing"?

"Wormhole" hipotetis, yang juga disebut "molehole" atau "wormhole" (terjemahan harfiah dari Wormhole) adalah semacam terowongan ruang-waktu yang memungkinkan suatu benda bergerak dari titik a ke titik b di alam semesta bukan di a garis lurus, tetapi mengelilingi ruang. Jika lebih mudah, maka ambil selembar kertas, lipat menjadi dua dan tusuk, lubang yang dihasilkan akan menjadi lubang cacing yang sama.
. Jadi ada teori bahwa ruang di alam semesta secara kondisional dapat menjadi selembar kertas yang sama, perhatian, hanya disesuaikan untuk dimensi ketiga. Berbagai ilmuwan menyimpulkan hipotesis bahwa berkat lubang cacing perjalanan dalam ruang - waktu adalah mungkin. Tetapi pada saat yang sama, tidak ada yang tahu persis bahaya apa yang bisa ditimbulkan oleh lubang cacing dan apa yang sebenarnya bisa terjadi di sisi lain lubang cacing itu.

Teori lubang cacing.
Pada tahun 1935, fisikawan Albert Einstein dan Nathan Rosen, menggunakan teori relativitas umum, menyarankan bahwa ada "jembatan" khusus melintasi ruang-waktu di alam semesta. Jalur ini, yang disebut jembatan Einstein-Rosen (atau lubang cacing), menghubungkan dua titik yang sama sekali berbeda dalam ruang-waktu dengan secara teoritis menciptakan lengkungan dalam ruang yang memperpendek perjalanan dari satu titik ke titik lain.

Sekali lagi, hipotetis, setiap lubang cacing terdiri dari dua pintu masuk dan leher (yaitu terowongan yang sama. Dalam kasus ini, kemungkinan besar, pintu masuk di lubang cacing berbentuk bulat, dan leher dapat mewakili segmen ruang lurus dan yang berbentuk spiral.

Bepergian melalui lubang cacing.

Masalah pertama yang akan menghalangi kemungkinan perjalanan tersebut adalah ukuran lubang cacing. Dipercayai bahwa lubang cacing pertama berukuran sangat kecil, pada urutan 10-33 sentimeter, tetapi karena perluasan alam semesta, menjadi mungkin bahwa lubang cacing itu sendiri berkembang dan meningkat seiring dengan itu. Masalah lain dengan lubang cacing adalah stabilitasnya. Atau lebih tepatnya, ketidakstabilan.

Dijelaskan oleh teori Einstein-Rosen, lubang cacing tidak akan berguna untuk perjalanan ruang-waktu karena mereka runtuh (menutup) dengan sangat cepat.Tetapi penelitian yang lebih baru tentang masalah ini menyiratkan adanya "Materi Eksotis", yang memungkinkan lubang mempertahankan strukturnya untuk waktu yang lama. jangka waktu yang lebih lama.

Namun, ilmu pengetahuan teoretis percaya bahwa jika lubang cacing mengandung cukup energi eksotis ini, yang muncul secara alami atau akan muncul secara artifisial, maka akan mungkin untuk mengirimkan informasi atau bahkan objek melalui ruang-waktu.

Hipotesis yang sama menunjukkan bahwa lubang cacing dapat menghubungkan tidak hanya dua titik dalam satu alam semesta, tetapi juga menjadi pintu masuk ke alam semesta lainnya. Beberapa ilmuwan percaya bahwa jika satu pintu masuk lubang cacing digerakkan dengan cara tertentu, maka perjalanan waktu akan mungkin terjadi. Tapi, misalnya, ahli kosmologi Inggris terkenal Stephen Hawking percaya bahwa penggunaan lubang cacing seperti itu tidak mungkin.

Namun demikian, beberapa pemikir ilmiah bersikeras bahwa jika stabilisasi lubang cacing dengan materi eksotik memang mungkin dilakukan, maka akan mungkin bagi orang untuk melakukan perjalanan dengan aman melalui lubang cacing tersebut. Dan karena masalah "Biasa", jika diinginkan dan perlu, portal semacam itu dapat didestabilisasi kembali.

Menurut teori relativitas, tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya. Ini berarti bahwa tidak ada yang bisa keluar dari medan gravitasi ini dengan masuk ke dalamnya. Wilayah ruang yang tidak ada jalan keluarnya disebut lubang hitam. Batasnya ditentukan oleh lintasan sinar cahaya, yang pertama kali kehilangan kesempatan untuk keluar. Ini disebut cakrawala peristiwa lubang hitam. Contoh: melihat ke luar jendela, kita tidak melihat apa yang ada di balik cakrawala, dan pengamat kondisional tidak dapat memahami apa yang terjadi di dalam batas-batas bintang mati yang tidak terlihat.

Fisikawan telah menemukan tanda-tanda keberadaan alam semesta lain

Lagi

Ada lima jenis lubang hitam, tetapi lubang hitam bermassa bintang itulah yang menarik minat kita. Benda-benda seperti itu terbentuk pada tahap akhir kehidupan benda angkasa. Secara umum, kematian bintang dapat mengakibatkan hal-hal berikut:

1. Itu akan berubah menjadi bintang punah yang sangat padat, terdiri dari sejumlah elemen kimia - ini adalah katai putih;

2. Menjadi bintang neutron - memiliki perkiraan massa Matahari dan radius sekitar 10-20 kilometer, di dalamnya terdiri dari neutron dan partikel lain, dan di luarnya tertutup cangkang tipis tapi padat;

3. Ke dalam lubang hitam, gaya tarik gravitasinya begitu kuat sehingga dapat menyedot benda-benda yang terbang dengan kecepatan cahaya.

Ketika supernova terjadi, yaitu "kelahiran kembali" sebuah bintang, sebuah lubang hitam terbentuk, yang hanya dapat dideteksi karena radiasi yang dipancarkan. Dialah yang mampu menghasilkan lubang cacing.

Jika kita membayangkan lubang hitam sebagai corong, maka objek, setelah jatuh ke dalamnya, kehilangan cakrawala peristiwa dan jatuh ke dalam. Jadi di mana lubang cacingnya? Itu terletak di corong yang persis sama, melekat pada terowongan lubang hitam, di mana pintu keluar menghadap ke luar. Para ilmuwan percaya bahwa ujung lain dari lubang cacing terhubung ke lubang putih (antipode dari lubang hitam, di mana tidak ada yang bisa jatuh).

Lubang Tahi Lalat. Lubang hitam Schwarzschild dan Reisner-Nordström

Pulsar: Faktor Suar

Intinya, pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat. Bintang neutron adalah inti yang sangat padat dari bintang mati yang tersisa dari ledakan supernova. Bintang neutron ini memiliki medan magnet yang kuat. Medan magnet ini sekitar satu triliun kali lebih kuat dari medan magnet bumi. Medan magnet menyebabkan bintang neutron memancarkan gelombang radio yang kuat dan partikel radioaktif dari kutub utara dan selatannya. Partikel-partikel ini dapat mencakup berbagai radiasi, termasuk cahaya tampak.

Pulsar yang memancarkan sinar gamma yang kuat dikenal sebagai pulsar sinar gamma. Jika sebuah bintang neutron terletak dengan kutubnya menghadap Bumi, maka kita dapat melihat gelombang radio setiap saat begitu salah satu kutubnya jatuh ke pemendekan kita. Efek ini sangat mirip dengan efek mercusuar. Bagi pengamat yang diam, tampaknya cahaya suar yang berputar terus-menerus berkedip, lalu menghilang, lalu muncul lagi. Dengan cara yang sama, sebuah pulsar tampak berkedip saat kutub-kutubnya berputar relatif terhadap Bumi. Pulsar yang berbeda menembak pada kecepatan yang berbeda, tergantung pada ukuran dan massa bintang neutron. Terkadang pulsar bisa memiliki pendamping. Dalam beberapa kasus, dia dapat menarik temannya, yang membuatnya berputar lebih cepat. Pulsar tercepat dapat memancarkan lebih dari seratus pulsa per detik.

Sebuah "lubang cacing" hipotetis, yang juga disebut "lubang cacing" atau "lubang cacing" (terjemahan literal dari lubang cacing) adalah sejenis terowongan ruang-waktu yang memungkinkan suatu objek untuk bergerak dari titik A ke titik B di Semesta bukan di a garis lurus, tetapi mengelilingi ruang. Jika lebih mudah, maka ambil selembar kertas, lipat menjadi dua dan tusuk, lubang yang dihasilkan akan menjadi lubang cacing yang sama. Jadi ada teori bahwa ruang di Alam Semesta secara kondisional dapat berupa lembaran kertas yang sama, hanya disesuaikan untuk dimensi ketiga. Berbagai ilmuwan menyimpulkan hipotesis bahwa berkat lubang cacing perjalanan dalam ruang-waktu adalah mungkin. Tetapi pada saat yang sama, tidak ada yang tahu persis bahaya apa yang bisa ditimbulkan oleh lubang cacing dan apa yang sebenarnya bisa terjadi di sisi lain lubang cacing itu.

Teori lubang cacing

Pada tahun 1935, fisikawan Albert Einstein dan Nathan Rosen, menggunakan teori relativitas umum, menyarankan bahwa ada "jembatan" khusus melintasi ruang-waktu di alam semesta. Jalur ini, yang disebut jembatan Einstein-Rosen (atau lubang cacing), menghubungkan dua titik yang sama sekali berbeda dalam ruang-waktu dengan secara teoritis menciptakan lengkungan di ruang angkasa yang mempersingkat perjalanan dari satu titik ke titik lain.

Sekali lagi, secara hipotetis, setiap lubang cacing terdiri dari dua pintu masuk dan sebuah leher (yaitu, terowongan yang sama). Dalam hal ini, kemungkinan besar, pintu masuk di lubang cacing berbentuk bulat, dan lehernya dapat mewakili segmen ruang lurus dan spiral.

Teori relativitas umum secara matematis membuktikan kemungkinan keberadaan lubang cacing, tetapi sejauh ini tidak ada satupun yang ditemukan oleh manusia. Kesulitan dalam mendeteksinya terletak pada kenyataan bahwa dugaan massa besar lubang cacing dan efek gravitasi hanya menyerap cahaya dan mencegahnya dipantulkan.

Beberapa hipotesis berdasarkan relativitas umum menunjukkan keberadaan lubang cacing, di mana lubang hitam memainkan peran masuk dan keluar. Tetapi perlu dipertimbangkan bahwa kemunculan lubang hitam itu sendiri, yang terbentuk dari ledakan bintang yang sekarat, sama sekali tidak menciptakan lubang cacing.

Perjalanan melalui lubang cacing

Dalam fiksi ilmiah, tidak jarang protagonis melakukan perjalanan melalui lubang cacing. Namun pada kenyataannya, perjalanan seperti itu jauh dari sesederhana yang ditampilkan dalam film dan diceritakan dalam sastra fantasi.

Masalah pertama yang akan menghalangi kemungkinan perjalanan tersebut adalah ukuran lubang cacing. Dipercayai bahwa lubang cacing pertama berukuran sangat kecil, pada urutan 10-33 sentimeter, tetapi karena perluasan Semesta, menjadi mungkin bahwa lubang cacing itu sendiri berkembang dan meningkat seiring dengan itu. Masalah lain dengan lubang cacing adalah stabilitasnya. Atau lebih tepatnya, ketidakstabilan.

Lubang cacing yang dijelaskan oleh teori Einstein-Rosen tidak akan berguna untuk perjalanan ruang-waktu karena mereka runtuh (menutup) dengan sangat cepat. Tetapi studi yang lebih baru tentang masalah ini menyiratkan adanya "materi eksotis" yang memungkinkan liang mempertahankan strukturnya untuk jangka waktu yang lebih lama.

Jangan bingung dengan materi hitam dan antimateri, materi eksotis ini terdiri dari energi kepadatan negatif dan tekanan negatif kolosal. Penyebutan materi seperti itu hanya ada dalam beberapa teori vakum dalam kerangka teori medan kuantum.

Namun ilmu teoretis percaya bahwa jika lubang cacing mengandung cukup energi eksotis ini, baik yang terjadi secara alami atau buatan, maka akan mungkin untuk mengirimkan informasi atau bahkan objek melalui ruang-waktu.

Namun demikian, beberapa pemikir ilmiah bersikeras bahwa jika stabilisasi lubang cacing dengan materi eksotik memang mungkin dilakukan, maka akan mungkin bagi orang untuk melakukan perjalanan dengan aman melalui lubang cacing tersebut. Dan karena masalah "biasa", jika diinginkan dan perlu, portal semacam itu dapat didestabilisasi kembali.

Sayangnya, teknologi umat manusia saat ini tidak cukup untuk membuat lubang cacing diperbesar dan distabilkan secara artifisial, seandainya mereka tetap ditemukan. Tetapi para ilmuwan terus mengeksplorasi konsep dan metode untuk perjalanan ruang angkasa yang cepat, dan mungkin suatu hari nanti sains akan menemukan solusi yang tepat.

Video Wormhole: pintu melalui kaca yang terlihat

Penggemar sci-fi berharap bahwa suatu hari umat manusia akan dapat melakukan perjalanan jauh ke alam semesta melalui lubang cacing.

Lubang cacing adalah terowongan teoretis melalui ruang-waktu yang berpotensi memungkinkan perjalanan lebih cepat antara titik-titik yang jauh di ruang angkasa - dari satu galaksi ke galaksi lain, misalnya, seperti yang ditunjukkan dalam film Christopher Nolan "Interstellar", yang dirilis di bioskop di seluruh dunia. di awal bulan ini.

Sementara lubang cacing dimungkinkan menurut teori relativitas umum Einstein, perjalanan eksotis seperti itu kemungkinan akan tetap berada di ranah fiksi ilmiah, kata astrofisikawan terkenal Kip Thorne dari California Institute of Technology di Pasadena, yang menjabat sebagai penasihat dan produser eksekutif di Interstellar. . .

"Intinya, kita tidak tahu apa-apa tentang mereka," kata Thorne, yang merupakan salah satu pakar relativitas, lubang hitam, dan lubang cacing terkemuka di dunia. "Tetapi ada indikasi yang sangat kuat bahwa seseorang, menurut hukum fisika, tidak akan dapat melakukan perjalanan melalui mereka."

"Alasan utama ada hubungannya dengan ketidakstabilan lubang cacing," tambahnya. "Dinding lubang cacing runtuh begitu cepat sehingga tidak ada yang bisa menembusnya."

Menjaga lubang cacing tetap terbuka akan membutuhkan penggunaan sesuatu yang anti-gravitasi, yaitu energi negatif. Energi negatif diciptakan di laboratorium menggunakan efek kuantum: satu wilayah ruang menerima energi dari wilayah lain, di mana bentuk kekurangan.

"Jadi secara teori itu mungkin," katanya. "Tapi kita tidak pernah bisa mendapatkan energi negatif yang cukup untuk menjaga dinding lubang cacing tetap terbuka."

Juga, lubang cacing (jika ada) hampir pasti tidak dapat terbentuk secara alami. Artinya, mereka harus diciptakan dengan bantuan peradaban maju.

Itulah yang terjadi di "Interstellar": Makhluk misterius membangun lubang cacing di dekat Saturnus, memungkinkan sekelompok kecil perintis, yang dipimpin oleh mantan petani Cooper (diperankan oleh Matthew McConaughey), untuk mencari rumah baru bagi umat manusia. Bumi terancam gagal panen global.

Mereka yang tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang sains di Interstellar, yang berhubungan dengan perlambatan gravitasi dan menggambarkan beberapa planet asing yang mengorbit dengan jarak yang dekat, harus membaca buku baru Thorne, yang dengan tegas berjudul The Science of Interstellar.

Dimana lubang cacingnya. Lubang cacing dalam relativitas umum

(GR) memungkinkan keberadaan terowongan seperti itu, meskipun untuk keberadaan lubang cacing yang dapat dilalui perlu diisi dengan yang negatif, yang menciptakan tolakan gravitasi yang kuat dan mencegah lubang runtuh. Solusi seperti wormhole muncul dengan berbagai cara, meskipun masih sangat jauh dari kajian yang lengkap tentang masalah tersebut.

Daerah di dekat bagian tersempit dari sarang tikus tanah disebut "tenggorokan". Lubang cacing dibagi menjadi "intra-semesta" dan "antar-alam semesta", tergantung pada apakah mungkin untuk menghubungkan inputnya dengan kurva yang tidak melewati leher.

Ada juga gundukan tanah yang bisa dilewati (traversable) dan tidak bisa dilewati. Yang terakhir termasuk terowongan yang terlalu cepat bagi pengamat atau sinyal (memiliki kecepatan tidak lebih dari kecepatan cahaya) untuk berpindah dari satu pintu masuk ke pintu masuk lainnya. Contoh klasik dari sarang tikus mondok yang tidak dapat dilewati ada di dalamnya, tetapi yang bisa dilewati adalah.

Lubang cacing intraworld yang dapat dilalui memberikan kemungkinan hipotetis jika, misalnya, salah satu pintu masuknya bergerak relatif terhadap yang lain, atau jika berada di pintu masuk yang kuat di mana perjalanan waktu melambat. Juga, lubang cacing secara hipotetis dapat menciptakan peluang untuk perjalanan antarbintang, dan karena itu, lubang cacing sering ditemukan.

Lubang cacing luar angkasa. Melalui "mollehills" - ke bintang-bintang?

Sayangnya, penggunaan praktis "lubang cacing" untuk menjangkau objek luar angkasa yang jauh belum dibahas. Properti mereka, varietas, tempat kemungkinan lokasi masih hanya diketahui secara teoritis - meskipun, Anda tahu, ini sudah cukup banyak. Lagi pula, kita memiliki banyak contoh bagaimana konstruksi teoretis yang tampaknya murni spekulatif menyebabkan munculnya teknologi baru yang secara radikal mengubah kehidupan umat manusia. Energi nuklir, komputer, komunikasi seluler, rekayasa genetika ... tetapi Anda tidak pernah tahu apa lagi?
Sementara itu, berikut ini dikenal tentang "lubang cacing", atau "lubang cacing". Pada tahun 1935, Albert Einstein dan fisikawan Amerika-Israel Nathan Rosen mengusulkan adanya semacam terowongan yang menghubungkan berbagai wilayah terpencil di luar angkasa. Pada saat itu, mereka belum disebut "lubang cacing", atau "lubang tahi lalat", tetapi hanya - "jembatan Einstein-Rosen". Karena jembatan semacam itu membutuhkan kelengkungan ruang yang sangat kuat untuk munculnya jembatan semacam itu, waktu keberadaannya sangat singkat. Tidak seorang pun dan tidak ada yang punya waktu untuk "berlari" di atas jembatan seperti itu - di bawah pengaruh gravitasi, jembatan itu segera "runtuh".
Dan oleh karena itu, tetap sama sekali tidak berguna dalam arti praktis, meskipun konsekuensi lucu dari teori relativitas umum.
Namun, kemudian muncul ide bahwa beberapa terowongan antardimensi bisa eksis untuk waktu yang cukup lama - asalkan diisi dengan beberapa materi eksotis dengan kepadatan energi negatif. Materi seperti itu akan menciptakan tolakan gravitasi alih-alih daya tarik dan dengan demikian mencegah saluran dari "runtuh". Kemudian nama "lubang cacing" muncul. Omong-omong, para ilmuwan kami lebih suka nama "molehill" atau "wormhole": artinya sama, tetapi kedengarannya jauh lebih bagus ...
Fisikawan Amerika John Archibald Wheeler (1911-2008), mengembangkan teori "lubang cacing", menyarankan bahwa lubang tersebut ditembus oleh medan listrik; apalagi, muatan listrik itu sendiri sebenarnya adalah mulut dari "lubang cacing" mikroskopis. Akademisi astrofisikawan Rusia Nikolai Semyonovich Kardashev percaya bahwa "lubang cacing" dapat mencapai ukuran raksasa dan bahwa di pusat Galaksi kita tidak ada lubang hitam besar sama sekali, tetapi mulut "lubang" semacam itu.
Kepentingan praktis untuk pelancong ruang angkasa masa depan akan menjadi "lubang cacing", yang disimpan dalam keadaan stabil untuk waktu yang cukup lama dan, terlebih lagi, cocok untuk pesawat ruang angkasa untuk melewati mereka.
Orang Amerika Kip Thorne dan Michael Morris menciptakan model teoretis saluran semacam itu. Namun, stabilitas mereka dijamin oleh "materi eksotis", yang tidak ada yang benar-benar diketahui dan yang, mungkin, lebih baik bagi teknologi duniawi untuk tidak ikut campur.
Tetapi ahli teori Rusia Sergei Krasnikov dari Observatorium Pulkovo dan Sergei Sushkov dari Universitas Federal Kazan mengemukakan gagasan bahwa stabilitas lubang cacing dapat dicapai tanpa kepadatan energi negatif, tetapi hanya karena polarisasi vakum di "lubang" ( yang disebut mekanisme Sushkov).
Secara umum, sekarang ada serangkaian teori "lubang cacing" (atau, jika Anda suka, "lubang cacing"). Klasifikasi yang sangat umum dan spekulatif membaginya menjadi "bisa dilewati" - stabil, Morris - lubang cacing Thorn, dan jembatan Einstein - Rosen yang tidak bisa dilewati. Selain itu, skala lubang cacing bervariasi - dari mikroskopis hingga raksasa, ukurannya sebanding dengan "lubang hitam" galaksi. Dan, akhirnya, sesuai dengan tujuannya: "intra-semesta", menghubungkan tempat-tempat berbeda dari Semesta melengkung yang sama, dan "antar-alam semesta" (antar-alam semesta), memungkinkan Anda masuk ke kontinum ruang-waktu lain.

Sekelompok fisikawan dari Jerman dan Yunani, di bawah pengawasan umum Burkhard Clayhaus, menyajikan pandangan baru yang fundamental tentang masalah ini. lubang cacing. Disebut demikian objek hipotetis di mana ada kelengkungan ruang dan waktu.

Diyakini bahwa mereka adalah terowongan di mana Anda dapat melakukan perjalanan ke dunia lain pada satu saat.

Lubang cacing, atau, sebagaimana mereka juga disebut, lubang cacing, dikenal oleh setiap penggemar fiksi ilmiah, di mana benda-benda ini dijelaskan dengan sangat jelas dan mengesankan (meskipun dalam buku mereka lebih sering disebut ruang-nol). Berkat merekalah para pahlawan dapat berpindah dari satu galaksi ke galaksi lain dalam waktu yang sangat singkat. Adapun lubang cacing nyata, situasi dengan mereka jauh lebih rumit. Masih belum jelas apakah mereka benar-benar ada, atau apakah ini semua hasil imajinasi liar para fisikawan teoretis.

Menurut pengertian tradisional, lubang cacing adalah beberapa properti hipotetis alam semesta kita, atau lebih tepatnya, ruang dan waktu. Menurut konsep jembatan Einstein-Rosen, pada setiap saat di Semesta kita, beberapa terowongan dapat muncul di mana Anda dapat pergi dari satu titik di ruang angkasa ke titik lain hampir bersamaan (yaitu, tanpa kehilangan waktu).

Tampaknya teleportasi dengan bantuan mereka untuk kesenanganmu sendiri! Tapi inilah masalahnya: pertama, lubang cacing ini sangat kecil (hanya partikel elementer yang dapat dengan mudah menjelajahinya), dan kedua, mereka ada untuk waktu yang sangat singkat, sepersejuta detik. Itulah mengapa sangat sulit untuk mempelajarinya - sampai sekarang, semua model lubang cacing belum dikonfirmasi secara eksperimental.

Namun demikian, para ilmuwan masih memiliki beberapa gagasan tentang apa yang mungkin ada di dalam terowongan seperti itu (walaupun, sayangnya, juga hanya teoretis). Diyakini bahwa segala sesuatu di sana penuh dengan apa yang disebut materi eksotis (jangan bingung dengan materi gelap, ini adalah materi yang berbeda). Dan materi ini mendapat julukannya dari fakta bahwa ia terdiri dari partikel elementer yang berbeda secara fundamental. Dan karena ini, sebagian besar hukum fisika tidak diamati di dalamnya - khususnya, energi dapat memiliki kerapatan negatif, gaya gravitasi tidak menarik, tetapi menolak benda, dll. Secara umum, semua yang ada di dalam terowongan benar-benar berbeda dari orang normal. Tetapi justru materi tidak beraturan inilah yang menyediakan transisi ajaib melalui lubang cacing.

Faktanya, teori relativitas umum Einstein yang terkenal sangat setia pada kemungkinan keberadaan lubang cacing - teori ini tidak menyangkal keberadaan terowongan semacam itu (walaupun tidak mengonfirmasi). Nah, apa yang tidak dilarang, seperti yang Anda tahu, diperbolehkan. Oleh karena itu, banyak astrofisikawan telah secara aktif berusaha menemukan jejak setidaknya beberapa lubang cacing yang kurang lebih stabil sejak pertengahan abad terakhir.

Faktanya, minat mereka dapat dipahami - jika ternyata terowongan seperti itu pada prinsipnya mungkin, maka perjalanan melaluinya ke dunia yang jauh akan menjadi masalah yang sangat sederhana (tentu saja, asalkan lubang cacing terletak tidak jauh). dari tata surya). Namun, pencarian objek ini terhambat oleh fakta bahwa para ilmuwan masih belum bisa membayangkan apa yang sebenarnya harus dicari. Faktanya, tidak mungkin untuk melihat lubang ini secara langsung, karena, seperti lubang hitam, ia menyedot segala sesuatu ke dalam dirinya sendiri (termasuk radiasi), tetapi tidak melepaskan apa pun. Kita membutuhkan beberapa tanda tidak langsung dari keberadaannya, tetapi pertanyaannya adalah - yang mana?

Dan baru-baru ini, sekelompok fisikawan dari Jerman dan Yunani, di bawah kepemimpinan umum Burkhard Kleihaus dari Universitas Oldenburg (Jerman), untuk meringankan penderitaan para ahli astrofisika, menyajikan pandangan baru yang fundamental tentang masalah lubang cacing. Dari sudut pandang mereka, ini terowongan memang bisa ada di alam semesta dan cukup stabil pada saat yang sama. Dan tidak ada materi eksotis, menurut kelompok Klayhouse, di dalamnya.

Para ilmuwan percaya bahwa munculnya lubang cacing disebabkan oleh fluktuasi kuantum yang melekat di alam semesta awal segera setelah Big Bang dan memunculkan apa yang disebut busa kuantum. Biarkan saya mengingatkan Anda bahwa busa kuantum- ini adalah semacam konsep kondisional yang dapat digunakan sebagai deskripsi kualitatif turbulensi ruang-waktu subatomik pada jarak yang sangat kecil (dengan urutan panjang Planck, yaitu jarak 10 -33 cm).

Secara kiasan, busa kuantum dapat direpresentasikan sebagai berikut: bayangkan bahwa di suatu tempat dalam periode waktu yang sangat singkat di wilayah ruang yang sangat kecil, energi yang cukup untuk mengubah bagian ruang ini menjadi lubang hitam dapat muncul secara spontan. Dan energi ini muncul tidak hanya dari mana-mana, tetapi sebagai akibat dari tumbukan partikel dengan antipartikel dan saling musnahnya mereka. Dan kemudian di depan mata kita akan ada semacam kuali yang mendidih, di mana lubang hitam terus menerus muncul dan segera menghilang.

Jadi, menurut penulis penelitian, Tepat setelah Big Bang, alam semesta kita semua adalah busa kuantum.. Dan muncul di dalamnya setiap saat tidak hanya lubang hitam, tetapi juga lubang cacing. Dan kemudian inflasi (yaitu, ekspansi) Semesta seharusnya tidak hanya menggembungkannya ke ukuran yang sangat besar, tetapi pada saat yang sama meningkatkan lubang secara tajam dan membuatnya stabil. Sedemikian rupa sehingga menjadi mungkin untuk menembus tubuh yang cukup besar ke dalamnya.

Benar, ada satu halangan di sini. Faktanya adalah bahwa meskipun benda besar, menurut model ini, dapat memasuki lubang cacing, pengaruh gravitasi pada mereka di pintu masuk harus sangat kecil. Jika tidak, mereka hanya akan terkoyak. Tetapi jika kelengkungan ruang-waktu di pintu masuk "halus", maka perjalanan itu sendiri melaluinya tidak dapat dilakukan secara instan. Itu, menurut perhitungan para peneliti, akan memakan waktu puluhan atau bahkan ratusan tahun cahaya, karena pintu keluar dari lubang cacing, yang dapat diakses oleh tubuh besar, akan sangat jauh dari pintu masuk.

Para peneliti percaya bahwa menemukan benda-benda ini di alam semesta, meskipun tidak mudah, masih mungkin. Meskipun mungkin terlihat seperti lubang hitam, masih ada perbedaan. Misalnya, dalam lubang hitam, gas yang telah jatuh di luar cakrawala peristiwa segera berhenti memancarkan sinar-X, sementara gas yang telah jatuh ke dalam lubang cacing (yang tidak memiliki cakrawala peristiwa) terus memancarkan sinar-X. Omong-omong, perilaku gas ini baru-baru ini direkam oleh Hubble di sekitar objek Sagitarius A*, yang secara tradisional dianggap sebagai lubang hitam besar. Tapi dilihat dari perilaku gas, itu bisa menjadi lubang cacing yang stabil.

Menurut konsep kelompok Klayhouse, mungkin ada tanda-tanda lain yang menunjukkan adanya lubang cacing. Secara teoritis, seseorang dapat mengasumsikan situasi di mana para astronom akan secara langsung mencatat ketidakcukupan gambar di belakang lubang cacing jika teleskop secara tidak sengaja berubah menjadi sektor langit berbintang. Dalam hal ini, ia akan menampilkan gambar selama puluhan atau ratusan tahun cahaya, yang dapat dengan mudah dibedakan oleh para astronom dari apa yang sebenarnya ada di tempat ini. Gravitasi bintang (jika berada di sisi lain lubang cacing) juga dapat mendistorsi cahaya bintang jauh yang lewat di dekat lubang cacing.

Perlu dicatat bahwa karya fisikawan Yunani dan Jerman, meskipun murni teoritis, sangat penting bagi para astronom. Untuk pertama kalinya, dia mensistematisasikan semua kemungkinan tanda lubang cacing yang dapat diamati. Jadi, dipandu olehnya, terowongan ini dapat dideteksi. Artinya, sekarang para ilmuwan tahu persis apa yang perlu mereka cari.

Meskipun, di sisi lain, jika model kelompok Klayhouse benar, nilai lubang cacing bagi kemanusiaan berkurang tajam. Lagi pula, mereka tidak menyediakan transisi satu kali ke dunia lain. Meskipun, tentu saja, sifat-sifatnya masih harus dipelajari - tiba-tiba mereka akan berguna untuk hal lain ...

- Sergey Vladilenovich, apa itu lubang cacing?

Tidak ada definisi yang ketat. Definisi seperti itu diperlukan ketika Anda membuktikan beberapa teorema, dan hampir tidak ada teorema yang ketat, oleh karena itu, mereka terutama terbatas pada konsep figuratif, gambar. Bayangkan kita mengeluarkan bola dari ruang tiga dimensi kita di satu ruangan dan mengeluarkan bola yang sama persis di ruangan lain, dan merekatkan batas yang dihasilkan dari lubang ini. Jadi, ketika di satu ruangan kita melangkah ke dalam bekas bola yang telah menjadi lubang ini, kita muncul di ruangan lain - dari lubang yang terbentuk di tempat bola lain. Jika ruang kita bukan tiga dimensi, tetapi dua dimensi, itu akan terlihat seperti selembar kertas dengan pena yang direkatkan padanya. Analog tiga dimensi dan perkembangannya dalam waktu disebut lubang cacing.

Bagaimana wormhole dipelajari secara umum?

Ini adalah aktivitas teoretis murni. Tidak ada yang pernah melihat lubang cacing, dan, secara umum, belum ada kepastian bahwa lubang cacing itu ada. Lubang cacing mulai dipelajari, dimulai dari pertanyaan: apakah ada mekanisme di alam yang akan menjamin kita bahwa lubang seperti itu tidak mungkin ada di alam? Mekanisme tersebut belum ditemukan, sehingga dapat diasumsikan bahwa wormhole merupakan fenomena yang nyata.

- Apakah mungkin, pada prinsipnya, melihat lubang cacing?

Tentu saja. Jika seseorang tiba-tiba merangkak entah dari mana di ruang terkunci, maka Anda sedang mengamati lubang cacing. Lubang cacing sebagai objek studi ditemukan dan dipromosikan oleh fisikawan teoretis Amerika John Wheeler, yang, dengan bantuan mereka, ingin menjelaskan, tidak lebih dan tidak kurang, muatan listrik. Mari kita jelaskan. Deskripsi medan listrik bebas dari sudut pandang fisika teoretis bukanlah tugas yang sangat sulit. Tetapi untuk menggambarkan muatan listrik dari sudut pandang yang sama sangatlah sulit. Muatan listrik muncul dalam pengertian ini sebagai hal yang sangat misterius: semacam zat, terpisah dari medan, asal tidak diketahui, dan tidak jelas bagaimana menghadapinya dalam fisika klasik. Ide Wheeler adalah sebagai berikut. Katakanlah kita memiliki lubang cacing mikroskopis, yang penuh dengan garis-garis gaya - dari satu ujung garis-garis ini memasukinya, dan dari ujung lainnya mereka keluar. Pengamat luar yang tidak mengetahui bahwa kedua ujung ini dihubungkan oleh garis gaya akan melihat benda seperti itu sebagai bola sederhana di ruang angkasa, akan memeriksa medan di sekitarnya, dan itu akan terlihat seperti medan muatan titik. Hanya pengamat yang akan berpikir bahwa ini adalah sejenis zat misterius yang memiliki muatan, dll., dan semua itu karena dia tidak tahu bahwa sebenarnya itu adalah lubang cacing. Tentu saja, ini adalah ide yang sangat elegan, dan banyak yang mencoba mengembangkannya, tetapi tidak membuat banyak kemajuan, karena elektron, bagaimanapun, adalah objek kuantum, dan tidak seorang pun, tentu saja, yang tahu bagaimana menggambarkan lubang cacing di tingkat kuantum. . Tetapi jika kita berasumsi bahwa hipotesis itu benar, maka lubang cacing lebih dari sekadar kejadian sehari-hari, segala sesuatu yang berhubungan dengan listrik pada akhirnya akan terikat padanya.

Materi eksotik adalah konsep fisika klasik yang menjelaskan materi (biasanya hipotetis) apa pun yang melanggar satu atau lebih kondisi klasik, atau tidak terdiri dari baryon yang diketahui. Zat tersebut mungkin memiliki sifat seperti kepadatan energi negatif atau menolak daripada tertarik oleh gravitasi. Materi eksotis digunakan dalam beberapa teori, misalnya, dalam teori struktur lubang cacing. Perwakilan paling terkenal dari materi eksotis adalah ruang hampa di wilayah dengan tekanan negatif yang dihasilkan oleh efek Casimir.

- Apa itu lubang cacing?

Dalam hal perjalanan teoretis, ada lubang cacing yang dapat dilalui dan tidak dapat dilewati. Tidak dapat dilewati - ini adalah jalan yang dilaluinya, dan ini terjadi begitu cepat sehingga tidak ada objek yang punya waktu untuk berpindah dari satu ujung ke ujung lainnya. Tentu saja, wormhole jenis kedua, traversable, adalah yang paling menarik untuk dipelajari. Bahkan ada teori indah yang mengatakan bahwa apa yang dulu kita anggap sebagai lubang hitam supermasif di pusat galaksi sebenarnya adalah mulut lubang cacing. Teori ini hampir tidak berkembang dan belum menemukan, tentu saja, sejauh ini tidak ada konfirmasi, itu ada, melainkan sebagai semacam ide. Esensinya adalah bahwa di luar lubang cacing Anda hanya melihat bahwa di pusat galaksi ada objek simetris bola tertentu, tetapi apa itu - lubang cacing atau lubang hitam - Anda tidak dapat mengatakannya, karena Anda berada di luar objek ini.

Faktanya, mereka hanya dapat dibedakan dengan satu parameter - massa. Jika massanya ternyata negatif, maka ini mungkin lubang cacing, tetapi jika massanya positif, maka informasi tambahan diperlukan di sini, karena lubang hitam juga bisa menjadi lubang cacing. Massa negatif secara umum adalah salah satu momen sentral dari keseluruhan cerita dengan lubang cacing. Karena agar bisa dilewati, lubang cacing harus diisi dengan apa yang disebut zat eksotis, zat yang kerapatan energinya negatif setidaknya di beberapa tempat, di beberapa titik. Pada tingkat klasik, tidak ada yang pernah melihat zat seperti itu, tetapi kita tahu pasti bahwa itu, pada prinsipnya, bisa ada. Efek kuantum telah terdaftar yang mengarah pada munculnya zat semacam itu. Ini adalah fenomena yang cukup terkenal dan disebut efek Casimir. Sudah resmi terdaftar. Dan hal itu berkaitan justru dengan adanya densitas energi negatif yang sangat menginspirasi.

Efek Casimir adalah efek yang terdiri dari daya tarik timbal balik dari benda-benda konduksi yang tidak bermuatan di bawah aksi fluktuasi kuantum dalam ruang hampa. Paling sering, kita berbicara tentang dua permukaan cermin tak bermuatan paralel yang ditempatkan pada jarak dekat, tetapi efek Casimir juga ada dengan geometri yang lebih kompleks. Penyebab efeknya adalah fluktuasi energi dari ruang hampa fisik karena kelahiran konstan dan hilangnya partikel virtual di dalamnya. Efeknya diprediksi oleh fisikawan Belanda Hendrik Casimir pada tahun 1948 dan kemudian dikonfirmasi secara eksperimental.

Secara umum, dalam ilmu kuantum, kerapatan energi negatif adalah hal yang cukup umum, yang dikaitkan, misalnya, dengan penguapan Hawking. Jika kepadatan seperti itu ada, kita dapat mengajukan pertanyaan berikut: seberapa besar massa lubang hitam (parameter medan gravitasi yang diciptakannya)? Ada solusi untuk masalah ini yang berlaku untuk lubang hitam - yaitu, benda dengan massa positif, dan ada solusi yang berlaku untuk massa negatif. Jika ada cukup materi eksotis di lubang cacing, maka massa luar objek ini akan negatif. Oleh karena itu, salah satu jenis utama "pengamatan" lubang cacing adalah pelacakan objek yang dapat dianggap memiliki massa negatif. Dan jika kita menemukan objek seperti itu, maka dengan tingkat probabilitas yang cukup tinggi akan mungkin untuk mengatakan bahwa ini adalah lubang cacing.

Lubang cacing juga dibagi menjadi intra-dunia dan antar-dunia. Jika kita menghancurkan terowongan di antara dua mulut lubang jenis kedua, kita dapat melihat dua alam semesta yang sama sekali tidak berhubungan. Lubang cacing seperti itu disebut antar dunia. Tetapi jika kita melakukan hal yang sama dan melihat bahwa semuanya baik-baik saja - kita tetap berada di Semesta yang sama - maka kita memiliki lubang cacing intraworld. Kedua jenis lubang cacing ini memiliki banyak kesamaan, tetapi ada juga perbedaan penting. Faktanya adalah bahwa lubang cacing intraworld, jika ada, cenderung berubah menjadi mesin waktu. Sebenarnya, dengan latar belakang asumsi inilah gelombang minat terakhir pada lubang cacing muncul.

Lubang cacing seperti yang dibayangkan oleh seorang seniman

Dalam kasus lubang cacing intraworld, ada dua cara berbeda untuk melihat tetangga: langsung melalui terowongan, atau dengan cara memutar. Jika Anda mulai menggerakkan satu mulut lubang cacing relatif terhadap yang lain, maka, sesuai dengan paradoks kembar yang terkenal, orang kedua, yang kembali dari perjalanan, akan lebih muda dari yang tersisa. Dan di sisi lain, ketika Anda melihat melalui terowongan - Anda berdua duduk di laboratorium yang tidak bergerak dari sudut pandang Anda, tidak ada yang terjadi pada Anda, jam Anda disinkronkan. Dengan demikian, Anda memiliki kemungkinan teoretis untuk menyelam ke dalam terowongan ini dan keluar pada saat yang, dari sudut pandang pengamat eksternal, mendahului saat Anda menyelam. Penundaan yang dibawa ke tingkat yang sesuai akan menimbulkan kemungkinan perjalanan melingkar seperti itu dalam ruang-waktu, ketika Anda kembali ke tempat asal Anda berangkat dan berjabat tangan dengan inkarnasi Anda sebelumnya.

Paradoks kembar adalah eksperimen pemikiran yang mencoba "membuktikan" inkonsistensi teori relativitas khusus. Menurut SRT, dari sudut pandang pengamat "stasioner", semua proses benda bergerak melambat. Di sisi lain, prinsip relativitas menyatakan kesetaraan kerangka acuan inersia. Berdasarkan ini, sebuah argumen dibangun yang mengarah pada kontradiksi yang nyata. Untuk kejelasan, kisah dua saudara kembar dipertimbangkan. Salah satunya (seorang musafir) melakukan penerbangan luar angkasa, dan yang kedua (orang rumahan) tetap di Bumi. Paling sering, "paradoks" dirumuskan sebagai berikut:

Dari sudut pandang orang rumahan, jam perjalanan yang bergerak memiliki waktu berjalan yang lambat, jadi ketika kembali harus berada di belakang jam orang rumahan. Di sisi lain, Bumi bergerak relatif terhadap pelancong, jadi jam orang rumahan harus berada di belakang. Faktanya, saudara-saudara itu sederajat, oleh karena itu, setelah kembali, jam tangan mereka harus menunjukkan waktu yang sama. Namun, menurut SRT, traveller's watch akan tertinggal. Dalam pelanggaran simetri yang nyata dari saudara-saudara, sebuah kontradiksi terlihat.

Apa perbedaan mendasar antara lubang cacing dan lubang hitam?

Pertama-tama, harus dikatakan bahwa ada dua jenis lubang hitam - yang terbentuk sebagai akibat dari runtuhnya bintang-bintang, dan yang ada pada awalnya, muncul bersamaan dengan munculnya Semesta itu sendiri. Ini adalah dua jenis lubang hitam yang pada dasarnya berbeda. Pada suatu waktu ada yang namanya "lubang putih", sekarang jarang digunakan. Lubang putih adalah lubang hitam yang sama, tetapi berkembang mundur dalam waktu. Materi hanya terbang ke lubang hitam, tetapi tidak pernah bisa lepas dari sana. Dari lubang putih, sebaliknya, materi hanya terbang keluar, tetapi tidak mungkin untuk masuk ke dalamnya dengan cara apa pun. Padahal, ini adalah hal yang sangat wajar, jika kita ingat bahwa Teori Umum Relativitas adalah simetris dalam waktu, yang berarti jika ada lubang hitam, pasti ada lubang putih. Totalitas mereka adalah lubang cacing.

Lubang hitam dalam representasi artis

- Apa yang diketahui tentang struktur internal lubang cacing?

Sejauh ini, model hanya dibangun dalam pengertian ini. Di satu sisi, kita tahu bahwa kemunculan materi eksotis ini dapat dideteksi bahkan secara eksperimental, dan masih banyak pertanyaan. Satu-satunya model lubang cacing yang saya ketahui yang kurang lebih konsisten dengan kenyataan adalah model lubang cacing yang awalnya menguap (sejak awal Semesta). Karena penguapan ini, lubang seperti itu tetap bisa dilewati untuk waktu yang lama.

- Apa sebenarnya yang kamu kerjakan?

Saya terlibat dalam aktivitas teoretis murni, yang secara umum dapat disebut struktur kausal ruang-waktu adalah Teori Relativitas klasik, terkadang semi-klasik (seperti yang kita ketahui, belum ada).

Dalam teori non-relativistik klasik, seseorang dapat menemukan bukti yang cukup meyakinkan bahwa perjalanan waktu tidak mungkin ada, tetapi dalam relativitas umum tidak ada bukti seperti itu. Dan Einstein, ketika dia baru saja mengembangkan teorinya, menyadari hal ini. Dia bertanya-tanya apakah ada cara untuk menghilangkan kemungkinan itu. Kemudian dia tidak mengatasi tugas ini, seperti yang dia sendiri katakan kemudian. Dan meskipun Einstein menciptakan bahasa untuk mempelajari masalah ini, tugasnya tetap akademis. Lonjakan minat terhadapnya terjadi pada akhir 1940-an, ketika Gödel mengusulkan model kosmologis yang mengandung kurva tertutup seperti itu. Tetapi karena Gödel selalu menawarkan sesuatu yang eksotis, hal itu diperlakukan dengan penuh minat, tetapi tanpa konsekuensi ilmiah yang serius. Dan kemudian, di suatu tempat di akhir abad terakhir, terutama berkat fiksi ilmiah - misalnya, film "Kontak" dengan Jodie Foster - minat pada topik perjalanan waktu menggunakan lubang cacing dihidupkan kembali. Penulis novel, di mana naskah film itu ditulis, adalah seorang astronom yang sangat terkenal, pempopuler sains, Carl Sagan. Dia menanggapi masalah ini dengan sangat serius dan meminta temannya, juga seorang relativis yang sangat terkenal, Kip Thorne, untuk melihat apakah segala sesuatu yang digambarkan dalam film itu mungkin dari sudut pandang sains. Dan dia menerbitkan artikel semi-populer di majalah untuk guru fisika Amerika "Lubang cacing sebagai alat untuk mempelajari Teori Relativitas Umum", di mana dia mempertimbangkan kemungkinan perjalanan waktu melalui lubang cacing. Dan saya harus mengatakan bahwa pada waktu itu gagasan untuk melakukan perjalanan melalui lubang hitam populer dalam fiksi ilmiah. Tapi dia mengerti bahwa lubang hitam adalah objek yang benar-benar tidak bisa dilewati - perjalanan melaluinya tidak mungkin, jadi dia menganggap lubang cacing sebagai kesempatan untuk perjalanan waktu. Meskipun ini diketahui sebelumnya, tetapi untuk beberapa alasan orang menganggap kesimpulannya sebagai ide yang benar-benar segar, dan bergegas untuk menyelidikinya. Selain itu, penekanannya adalah pada anggapan bahwa mesin waktu tidak dapat ada, tetapi kami memutuskan untuk mencari tahu alasannya. Dan dengan cepat muncul pemahaman bahwa tidak ada keberatan yang jelas terhadap keberadaan mesin seperti itu sama sekali. Sejak itu, studi skala besar dimulai, teori-teori mulai bermunculan. Pada dasarnya, saya sudah melakukan ini sejak saat itu.

Contact adalah sebuah film fiksi ilmiah tahun 1997. Disutradarai oleh Robert Zemeckis. Plot utama: Ellie Arroway (Judy Foster) mengabdikan seluruh hidupnya untuk sains, dia menjadi anggota proyek untuk mencari kecerdasan luar angkasa. Semua upaya untuk mencari sinyal luar angkasa tidak membuahkan hasil, dan masa depan proyeknya dalam bahaya. Ellie putus asa menemukan dukungan, tetapi tiba-tiba menerima bantuan dari miliarder eksentrik Hadden. Dan inilah hasilnya - Ellie menangkap sinyalnya. Decoding sinyal menunjukkan bahwa itu berisi deskripsi perangkat teknis. Tujuannya tidak jelas, tetapi tempat untuk satu orang direncanakan di dalamnya.

Setelah membangun dan meluncurkan perangkat, Ellie melakukan perjalanan melalui sistem lubang cacing dan diangkut, mungkin ke sebuah planet di sistem bintang lain. Bangun di sana, di pantai, dia bertemu dengan perwakilan dari peradaban lain, yang memilih gambar mendiang ayahnya. Melihat sekeliling, pahlawan wanita menyadari bahwa area ini diciptakan kembali oleh pikiran asing di benaknya dalam gambar gambar yang dia gambar sebagai seorang anak. Alien mengatakan kepadanya bahwa perangkat memungkinkan Anda untuk mengatur sistem komunikasi antarbintang, dan Bumi mulai sekarang menjadi anggota komunitas peradaban Semesta.

Ellie kembali ke Bumi. Dari sudut pandang pengamat luar, tidak ada yang terjadi padanya setelah peluncuran instalasi, dan tubuhnya tidak meninggalkan planet kita. Ellie menemukan dirinya dalam situasi paradoks. Menjadi seorang ilmuwan, dari sudut pandang sains yang ketat, dia tidak dapat mengkonfirmasi kata-katanya dengan cara apa pun. Ternyata juga satu keadaan lagi: kamera video yang terpasang pada Ellie selama perjalanan tidak merekam apa pun, tetapi durasi rekaman kosong itu tidak beberapa detik, tetapi 18 jam ...

Apakah mungkin untuk "membuat" lubang cacing?

Hanya tentang ini ada hasil ilmiah yang ketat. Ini disebabkan oleh fakta bahwa tidak ada hasil pasti tentang studi lubang cacing. Ada teorema yang telah terbukti sejak lama, dan dikatakan demikian. Ada yang namanya hiperbolisitas global. Dalam hal ini, sama sekali tidak masalah apa artinya, tetapi intinya adalah bahwa sementara dan karena ruang secara global hiperbolik, tidak mungkin untuk membuat lubang cacing - itu bisa ada di alam, tetapi tidak akan berhasil untuk membuatnya dirimu sendiri. Jika Anda berhasil mematahkan hiperbolisitas global, maka mungkin Anda bisa membuat lubang cacing. Tetapi faktanya pelanggaran ini sendiri adalah hal yang sangat eksotis, sangat kurang dipahami dan kurang dipahami, sehingga efek samping dari kelahiran lubang cacing sudah menjadi hal yang relatif kecil dibandingkan dengan fakta bahwa Anda berhasil melanggar hiperbolisitas global. . Ada hal yang sangat terkenal terjadi di sini yang disebut "prinsip sensor kosmik yang ketat" yang mengatakan bahwa ruang selalu hiperbolik secara global. Tapi ini, pada prinsipnya, tidak lebih dari sebuah keinginan. Tidak ada bukti bahwa prinsip ini benar, hanya ada beberapa kepastian batin, yang umum bagi banyak orang, bahwa ruang-waktu pasti hiperbolik secara global. Jika demikian, tidak mungkin membuat lubang cacing - Anda perlu mencari yang sudah ada. Sementara itu, keraguan besar tentang kesetiaan prinsip sensor kosmik diungkapkan oleh penulisnya sendiri - Roger Penrose, tapi itu cerita lain.

- Artinya, beberapa biaya energi yang serius diperlukan untuk membuat lubang cacing?

Sangat sulit untuk mengatakan sesuatu di sini. Masalahnya adalah ketika hiperbolisitas global Anda dilanggar, prediktabilitas juga dilanggar pada saat yang sama - ini praktis hal yang sama. Anda entah bagaimana dapat mengubah ruang di sekitar Anda secara geometris, misalnya, mengambil tas dan meletakkannya di tempat yang berbeda. Tetapi ada batasan tertentu yang dapat Anda lakukan, khususnya batas yang ditentukan oleh prediktabilitas. Misalnya, terkadang Anda dapat mengetahui apa yang akan terjadi dalam 2 detik, dan terkadang tidak. Ujung dari apa yang bisa atau tidak bisa Anda prediksi justru terletak pada hiperbolisitas global. Jika ruang-waktu Anda hiperbolik secara global, Anda dapat memprediksi evolusinya. Jika kita berasumsi bahwa pada titik tertentu itu melanggar hiperbolisitas global, semuanya menjadi sangat buruk dengan prediktabilitas. Oleh karena itu, hal yang menakjubkan muncul, misalnya, sehingga di sini dan sekarang lubang cacing dapat muncul, di mana seekor singa akan melompat keluar. Ini akan menjadi fenomena yang eksotis, tetapi tidak akan melanggar hukum fisika apa pun. Di sisi lain, Anda dapat menghabiskan banyak tenaga, uang, dan sumber daya untuk memfasilitasi proses ini. Tetapi hasilnya akan tetap sama - dalam kedua kasus, Anda tidak tahu apakah lubang cacing akan muncul atau tidak. Dalam fisika klasik, kita tidak dapat berbuat apa-apa - jika ia mau, ia akan muncul, jika ia tidak mau, ia tidak akan muncul - tetapi ilmu kuantum belum memberi kita petunjuk apa pun dalam hal ini.

Prinsip "penyensoran kosmik" dirumuskan pada tahun 1969 oleh Roger Penrose dalam bentuk kiasan berikut: "Alam membenci singularitas telanjang." Dikatakan bahwa singularitas ruang-waktu muncul di tempat-tempat yang, seperti bagian dalam lubang hitam, tersembunyi dari pengamat. Prinsip ini belum terbukti, dan ada alasan untuk meragukan kebenaran absolutnya (misalnya, runtuhnya awan debu dengan momentum sudut besar mengarah ke "singularitas telanjang", tetapi tidak diketahui apakah solusi ini Persamaan Einstein stabil sehubungan dengan gangguan kecil dari data awal).

Formulasi Penrose (bentuk kuat dari sensor kosmik) menunjukkan bahwa ruang-waktu secara keseluruhan adalah hiperbolik global.

Kemudian, Stephen Hawking mengusulkan formulasi lain (bentuk lemah dari sensor kosmik), di mana hanya hiperbolitas global dari komponen "masa depan" ruang-waktu yang diasumsikan.

Portal untuk siswa. Latihan mandiri