Știința

Filmul captivant vizual „Interstellar” lansat recent se bazează pe concepte științifice reale, cum ar fi învârtirea găurilor negre, a găurilor de vierme și a extinderii timpului.

Dar dacă nu sunteți familiarizat cu aceste concepte, atunci este posibil să fiți puțin confuz în timp ce vizionați.

În film, o echipă de exploratori spațiali merge la călătorie extragalactică printr-o gaură de vierme. Pe de altă parte, ei intră într-un sistem solar diferit, cu o gaură neagră care se învârte în loc de o stea.

Ei sunt într-o cursă cu spațiu și timp pentru a-și îndeplini misiunea. O astfel de călătorie în spațiu poate părea puțin confuză, dar se bazează pe principiile de bază ale fizicii.

Iată principalele 5 concepte de fizică ce trebuie să știți pentru a înțelege „Interstellar”:

gravitația artificială

cel mai problema mare pe care noi oamenii o întâlnim în timpul călătoriilor spațiale pe termen lung este imponderabilitate. Ne-am născut pe Pământ și corpul nostru s-a adaptat la anumite condiții gravitaționale, dar când suntem în spațiu perioadă lungă de timp, mușchii încep să ne slăbească.

Cu această problemă se confruntă și personajele din filmul „Interstellar”.

Pentru a face față acestui lucru, oamenii de știință creează gravitația artificială în nave spațiale. O modalitate de a face acest lucru este să rotiți nava spatiala, ca într-un film. Rotirea creează forța centrifugă, care împinge obiectele spre pereții exteriori ai navei. Această repulsie este similară cu gravitația, doar în direcție inversă.

Această formă de gravitație artificială este ceea ce experimentați atunci când conduceți în jurul unei curbe cu rază mică și simțiți că sunteți împins spre exterior, departe de punctul central al curbei. Într-o navă spațială care se învârte, pereții devin podeaua pentru tine.

O gaură neagră care se învârte în spațiu

Astronomii, deși indirect, au observat în universul nostru învârtirea găurilor negre. Nimeni nu știe ce se află în centrul unei găuri negre, dar oamenii de știință au un nume pentru asta -singularitate .

Găurile negre care se rotesc deformează spațiul din jurul lor diferit de găurile negre staționare.

Acest proces de distorsiune se numește „glisare inerțială a cadrului” sau efectul Lense-Thirring și afectează cum va arăta o gaură neagră prin distorsionarea spațiului și, mai important, spațiu-timp din jurul acesteia. Gaura neagră pe care o vezi în film este suficientăfoarte aproape de conceptul științific.

• Nava spațială Endurance se îndreaptă spre Gargantua - gaură neagră supermasivă fictivă de 100 de milioane de ori masa Soarelui.
• Se află la 10 miliarde de ani lumină de Pământ și are mai multe planete în jurul lui. Gargantua se rotește cu 99,8% din viteza luminii.
• Discul de acreție al lui Garagantua conține gaz și praf la temperatura suprafeței Soarelui. Discul furnizează planetelor Gargantua lumină și căldură.

Aspectul complex al găurii negre din film se datorează faptului că imaginea discului de acreție este deformată de lentile gravitaționale. În imagine apar două arce: unul este format deasupra găurii negre, iar celălalt sub ea.

Mole Hole

Gaura de vierme sau gaura de vierme folosită de echipaj în Interstellar este unul dintre fenomenele din film a căror existenţă nu a fost dovedită. Este ipotetic, dar foarte convenabil în intrigile poveștilor științifico-fantastice, unde trebuie să depășiți o distanță spațială mare.

Găurile de vierme sunt doar un fel de calea cea mai scurtă prin spațiu. Orice obiect cu masă creează o gaură în spațiu, ceea ce înseamnă că spațiul poate fi întins, deformat și chiar pliat.

O gaură de vierme este ca un pliu în țesătura spațiului (și timpului) care leagă două regiuni foarte îndepărtate, ceea ce îi ajută pe călătorii în spațiu. parcurgeți o distanță lungă într-o perioadă scurtă de timp.

Numele oficial pentru o gaură de vierme este „Podul Einstein-Rosen”, deoarece a fost propus pentru prima dată de Albert Einstein și colegul său Nathan Rosen în 1935.

• În diagramele 2D, gura unei găuri de vierme este prezentată ca un cerc. Totuși, dacă am putea vedea o gaură de vierme, ar arăta ca o sferă.
• Pe suprafața sferei, ar fi vizibilă o vedere distorsionată gravitațional a spațiului din cealaltă parte a „vizuinei”.
• Dimensiunile găurii de vierme din film sunt de 2 km în diametru și distanța de transfer este de 10 miliarde de ani lumină.

Dilatarea timpului gravitațional

Dilatarea timpului gravitațional este fenomen real observat pe pământ. Apare pentru că timp referitor. Aceasta înseamnă că curge diferit pentru diverse sisteme coordonate.

Când vă aflați într-un mediu gravitațional puternic, timpul trece mai încet pentru tine comparativ cu oamenii dintr-un mediu gravitațional slab.

Mole Hole. Ce este o „găură de vierme”?

Ipoteza „gaura de vierme”, care este numită și „găura de vierme” sau „gaura de vierme” ( traducere literala Wormhole) este un fel de tunel spațiu-timp care permite unui obiect să se deplaseze din punctul a în punctul b din univers nu într-o linie dreaptă, ci în jurul spațiului. În cazul în care este mai ușor, atunci luați orice bucată de hârtie, îndoiți-o în jumătate și străpungeți-o, orificiul rezultat va fi aceeași gaură de vierme
. Deci, există o teorie conform căreia spațiul din univers poate fi condiționat aceeași foaie de hârtie, atenție, ajustată doar pentru a treia dimensiune. Diverși oameni de știință deduc ipoteze că datorită găurilor de vierme călătoresc în spațiu - timpul este posibil. Dar, în același timp, nimeni nu știe exact ce pericole pot prezenta găurile de vierme și ce poate fi de fapt de cealaltă parte a lor.

Teorie găuri de vierme.
În 1935, fizicienii Albert Einstein și Nathan Rosen, folosind teoria generală a relativității, au sugerat că există „punți” speciale de-a lungul spațiu-timp în univers. Aceste căi, numite poduri Einstein-Rosen (sau găuri de vierme), conectează două puncte complet diferite în spațiu-timp creând teoretic o curbură în spațiu care scurtează călătoria de la un punct la altul.

Din nou, ipotetic, orice gaură de vierme constă din două intrări și un gât (adică același tunel. În acest caz, cel mai probabil, intrările la gaura de vierme sunt de formă sferoidă, iar gâtul poate reprezenta atât un segment drept de spațiu, cât și una în spirală.

Călătorind printr-o gaură de vierme.

Prima problemă care va sta în calea posibilității unei astfel de călătorii este dimensiunea găurilor de vierme. Se crede că primele găuri de vierme au fost foarte mărime mică, aproximativ 10-33 de centimetri, dar din cauza expansiunii universului, a devenit posibil ca găurile de vierme înseși să se extindă și să crească odată cu el. O altă problemă a găurilor de vierme este stabilitatea lor. Sau mai bine zis, instabilitate.

Explicate de teoria Einstein-Rosen, găurile de vierme vor fi inutile pentru călătoriile spațiu-timp, deoarece se prăbușesc (se închid) foarte repede.Dar cercetări mai recente asupra acestor probleme implică prezența „materiei exotice”, care permite găurilor să-și mențină structura pt. o perioadă mai lungă de timp.

Dar inca stiinta teoretica consideră că dacă găurile de vierme conțin o cantitate suficientă din această energie exotică, care fie a apărut în mod natural, fie va apărea artificial, atunci va fi posibilă transmiterea de informații sau chiar obiecte prin spațiu-timp.

Aceleași ipoteze sugerează că găurile de vierme pot conecta nu numai două puncte într-un singur univers, ci și pot fi intrarea către altele. Unii oameni de știință cred că, dacă o intrare a unei găuri de vierme este mutată într-un anumit mod, atunci călătoria în timp va fi posibilă. Dar, de exemplu, celebrul cosmolog britanic Stephen Hawking consideră că o astfel de utilizare a găurilor de vierme este imposibilă.

Cu toate acestea, unii minți științifice insistați că, dacă stabilizarea găurilor de vierme de către materie exotică este într-adevăr posibilă, atunci va fi posibil ca oamenii să călătorească în siguranță prin astfel de găuri de vierme. Și datorită materiei „obișnuite”, dacă se dorește și este necesar, astfel de portaluri pot fi destabilizate înapoi.

Conform teoriei relativității, nimic nu se poate mișca mai rapid decat lumina. Deci nimic nu poate ieși din asta câmp gravitațional, lovind-o. Regiunea spațiului din care nu există ieșire se numește gaură neagră. Limita sa este determinată de traiectoria razelor de lumină, care au fost primele care au pierdut ocazia de a izbucni. Se numește orizontul de evenimente al unei găuri negre. Exemplu: privind pe fereastră, nu vedem ce este dincolo de orizont, iar observatorul condiționat nu poate înțelege ce se întâmplă în interiorul granițelor unei stele moarte invizibile.

Fizicienii au găsit semne ale existenței unui alt univers

Mai mult

Există cinci tipuri de găuri negre, dar gaura neagră cu masă stelară este cea care ne interesează. Astfel de obiecte se formează în stadiul final al vieții unui corp ceresc. În general, moartea unei stele poate duce la următoarele lucruri:

1. Se va transforma într-o stea dispărută foarte densă, constând dintr-un număr de elemente chimice - aceasta este o pitică albă;

2. Într-o stea neutronică - are o masă aproximativă a Soarelui și o rază de aproximativ 10-20 de kilometri, în interior este formată din neutroni și alte particule, iar în exterior este închisă într-o înveliș subțire, dar solidă;

3. Într-o gaură neagră, atracție gravitațională care este atât de mare încât poate aspira obiectele care zboară cu viteza luminii.

Când are loc o supernovă, adică „renașterea” unei stele, se formează o gaură neagră, care poate fi detectată doar datorită radiației emise. Ea este cea care este capabilă să genereze o gaură de vierme.

Dacă ne imaginăm o gaură neagră ca o pâlnie, atunci obiectul, căzut în ea, pierde orizontul evenimentelor și cade în interior. Deci unde este gaura de vierme? Este situat exact în aceeași pâlnie, atașată de tunelul unei găuri negre, unde ieșirile sunt orientate spre exterior. Oamenii de știință cred că celălalt capăt al găurii de vierme este conectat la o gaură albă (antipodul uneia negre, în care nimic nu poate cădea).

Mole Hole. Găurile negre Schwarzschild și Reisner-Nordström

Gaura neagră Schwarzschild poate fi considerată o gaură de vierme impenetrabilă. În ceea ce privește gaura neagră Reisner-Nordström, aceasta este ceva mai complicată, dar și impracticabilă. Cu toate acestea, nu este atât de greu să veniți cu și să descrieți găurile de vierme cu patru dimensiuni din spațiu care ar putea fi traversate. Trebuie doar să alegeți tipul de măsură de care aveți nevoie. Tensorul metric, sau metrica, este un set de valori care poate fi folosit pentru a calcula intervalele de patru dimensiuni care există între punctele evenimentului. Acest set de mărimi caracterizează pe deplin atât câmpul gravitațional, cât și geometria spațiu-timp. Găurile de vierme traversabile geometric din spațiu sunt chiar mai simple decât găurile negre. Nu au orizonturi care să ducă la cataclisme odată cu trecerea timpului. LA diverse puncte timpul poate trece ritm diferit, dar nu trebuie să se oprească sau să accelereze la infinit.

Pulsars: The Beacon Factor

În esență, un pulsar este o stea neutronică care se rotește rapid. O stea neutronică este nucleul foarte compact al unei stele moarte rămase de la o explozie de supernovă. Această stea neutronică are un câmp magnetic puternic. Acest câmp magnetic este de aproximativ un trilion de ori mai puternic. camp magnetic Pământ. Câmpul magnetic face ca o stea neutronică să emită unde radio puternice și particule radioactive de la polii nord și sud. Aceste particule pot include diferite radiații, inclusiv lumina vizibilă.

Pulsarii care emit raze gamma puternice sunt cunoscuți ca pulsari cu raze gamma. Dacă o stea neutronică este situată cu polul spre Pământ, atunci putem vedea unde radio de fiecare dată, de îndată ce unul dintre poli cade în scurtarea noastră. Acest efect este foarte asemănător cu efectul de far. Pentru un observator staționar, se pare că lumina unui far rotativ clipește constant, apoi dispare, apoi apare din nou. În același mod, un pulsar pare să clipească în timp ce își rotește polii față de Pământ. Diferiți pulsari emit impulsuri la viteze diferite, în funcție de dimensiunea și masa lor. stea neutronică. Uneori, un pulsar poate avea un însoțitor. În unele cazuri, își poate atrage însoțitorul, ceea ce îl face să se rotească și mai repede. Cei mai rapizi pulsari pot emite mai mult de o sută de impulsuri pe secundă.

O „găură de vierme” ipotetică, care se mai numește și „găură de vierme” sau „găură de vierme” (traducere literală a găurii de vierme) este un fel de tunel spațiu-timp care permite unui obiect să se deplaseze din punctul A în punctul B din Univers, nu într-un linie dreaptă, dar în jurul spațiului. Dacă este mai ușor, atunci ia orice bucată de hârtie, îndoiți-o în jumătate și străpungeți-o, orificiul rezultat va fi aceeași gaură de vierme. Deci, există o teorie conform căreia spațiul din Univers poate fi condiționat aceeași foaie de hârtie, ajustată doar pentru a treia dimensiune. Diverși oameni de știință deduc ipoteze că, datorită găurilor de vierme, călătoria în spațiu-timp este posibilă. Dar, în același timp, nimeni nu știe exact ce pericole pot prezenta găurile de vierme și ce poate fi de fapt de cealaltă parte a lor.

Teoria găurii de vierme

În 1935, fizicienii Albert Einstein și Nathan Rosen, folosind teoria generală a relativității, au propus că există „punți” speciale peste spațiu-timp în univers. Aceste căi, numite poduri Einstein-Rosen (sau găuri de vierme), conectează două puncte complet diferite în spațiu-timp creând teoretic o deformare în spațiu care scurtează călătoria de la un punct la altul.

Din nou, ipotetic, orice gaură de vierme constă din două intrări și un gât (adică același tunel). În acest caz, cel mai probabil, intrările la gaura de vierme sunt de formă sferoidă, iar gâtul poate reprezenta atât un segment drept de spațiu, cât și unul spiralat.

Teoria generală a relativității dovedește matematic probabilitatea existenței găurilor de vierme, dar până acum niciuna dintre ele nu a fost descoperită de om. Dificultatea de a o detecta constă în faptul că presupusa masă uriașă de găuri de vierme și efectele gravitaționale pur și simplu absorb lumina și împiedică reflectarea acesteia.

Mai multe ipoteze bazate pe relativitatea generală sugerează existența găurilor de vierme, unde găurile negre joacă rolul de intrare și de ieșire. Dar merită luat în considerare faptul că apariția găurilor negre în sine, formate din explozia stelelor muribunde, nu creează în niciun caz o gaură de vierme.

Călătorie printr-o gaură de vierme

În science fiction, nu este neobișnuit ca protagoniștii să călătorească prin găuri de vierme. Dar, în realitate, o astfel de călătorie este departe de a fi la fel de simplă pe cât este prezentată în filme și povestită în literatura fantastică.

Prima problemă care va sta în calea posibilității unei astfel de călătorii este dimensiunea găurilor de vierme. Se crede că primele găuri de vierme aveau dimensiuni foarte mici, de ordinul a 10-33 de centimetri, dar din cauza expansiunii Universului, a devenit posibil ca găurile de vierme în sine să se extindă și să crească odată cu el. O altă problemă a găurilor de vierme este stabilitatea lor. Sau mai bine zis, instabilitate.

Găurile de vierme explicate de teoria Einstein-Rosen vor fi inutile pentru călătoriile spațiu-timp, deoarece se prăbușesc (se închid) foarte repede. Dar studii mai recente asupra acestor probleme implică prezența „materiei exotice” care permite vizuinilor să-și mențină structura pentru o perioadă mai lungă de timp.

A nu se confunda cu materia neagră și antimateria, această materie exotică este compusă din energie cu densitate negativă și presiune negativă colosală. Mențiunea unei astfel de materii este prezentă doar în unele teorii ale vidului din cadrul teoriei câmpurilor cuantice.

Cu toate acestea, știința teoretică crede că, dacă găurile de vierme conțin suficientă din această energie exotică, fie naturală, fie generată artificial, atunci va fi posibil să se transmită informații sau chiar obiecte prin spațiu-timp.

Aceleași ipoteze sugerează că găurile de vierme pot conecta nu numai două puncte într-un singur univers, ci și pot fi intrarea către altele. Unii oameni de știință cred că, dacă o intrare a unei găuri de vierme este mutată într-un anumit mod, atunci călătoria în timp va fi posibilă. Dar, de exemplu, celebrul cosmolog britanic Stephen Hawking consideră că o astfel de utilizare a găurilor de vierme este imposibilă.

Cu toate acestea, unele minți științifice insistă că, dacă stabilizarea găurilor de vierme cu materie exotică este într-adevăr posibilă, atunci va fi posibil ca oamenii să călătorească în siguranță prin astfel de găuri de vierme. Și datorită materiei „obișnuite”, dacă se dorește și este necesar, astfel de portaluri pot fi destabilizate înapoi.

Din păcate, tehnologiile omenirii de astăzi nu sunt suficiente pentru ca găurile de vierme să fie lărgite și stabilizate artificial, în cazul în care sunt totuși descoperite. Dar oamenii de știință continuă să exploreze concepte și metode pentru rapid calatoria in spatiuși poate într-o zi știința va veni cu soluția potrivită.

Video Wormhole: ușă prin oglindă

Fanii SF speră că umanitatea va putea într-o zi să călătorească până la colțurile îndepărtate ale universului printr-o gaură de vierme.

O gaură de vierme este un tunel teoretic prin spațiu-timp care poate permite călătorii mai rapide între puncte îndepărtate din spațiu - de la o galaxie la alta, de exemplu, așa cum a fost arătat în filmul lui Christopher Nolan „Interstellar”, care a fost lansat în cinematografele din întreaga lume. la începutul acestei luni.

În timp ce existența găurilor de vierme este posibilă conform teoriei relativității generale a lui Einstein, este posibil ca astfel de călătorii exotice să rămână în regiune. operă științifico-fantastică, a spus celebrul astrofizician Kip Thorne din California Institutul de Tehnologieîn Pasadena, care a fost consilier și producător executiv pe Interstellar.

„Ideea este că nu știm nimic despre ele”, a spus Thorne, care este unul dintre cei mai mari experți din lume în relativitate, găuri negre și găuri de vierme. „Dar există foarte semne puternice că o persoană, conform legilor fizicii, nu va putea călători prin ele.

„Motivul principal are de-a face cu instabilitatea găurilor de vierme”, a adăugat el. „Pereții găurilor de vierme se prăbușesc atât de repede încât nimic nu poate trece prin ele”.

Menținerea găurilor de vierme deschise va necesita folosirea a ceva antigravitațional, și anume energie negativă. energie negativă a fost creat în laborator folosind efecte cuantice: o zonă a spațiului primește energia unei alte zone în care se formează un deficit.

„Deci, teoretic este posibil”, a spus el. „Dar nu ne putem sătura niciodată energie negativă, care va putea menține pereții găurii de vierme deschiși”.

De asemenea, găurile de vierme (dacă există) aproape sigur nu se pot forma în mod natural. Adică trebuie să fie create cu ajutorul unei civilizații avansate.

Acesta este exact ceea ce s-a întâmplat în „Interstellar”: Creaturi misterioase a construit o gaură de vierme lângă Saturn, permițând unui mic grup de pionieri, condus de fostul fermier Cooper (interpretat de Matthew McConaughey), să plece în căutarea unui nou cămin pentru omenire, a cărei existență pe Pământ este amenințată de o recoltă globală insuficientă.

Persoane interesate să primească Informații suplimentare despre știință în filmul „Interstellar”, care tratează întrebări despre încetinirea gravitației și înfățișează mai multe planete extraterestre care orbitează în jurul uneia apropiate, puteți citi carte noua Thorn, care este numit fără echivoc „Știința din Interstellar”.

Unde este gaura de vierme. Găuri de vierme în relativitatea generală

(GR) permite existența unor astfel de tuneluri, deși pentru existența unei găuri de vierme traversabile este necesar ca aceasta să fie umplută cu una negativă, care creează o puternică repulsie gravitațională și împiedică prăbușirea găurii. Soluțiile de tip gaură de vierme apar în diverse opțiuni, deși până la studiu completîntrebarea este încă foarte departe.

Zona din apropierea celei mai înguste secțiuni a cârtiței se numește „gât”. Găurile de vierme sunt împărțite în „intra-univers” și „inter-univers”, în funcție de faptul dacă este posibil să-și conecteze intrările cu o curbă care nu traversează gâtul.

Există, de asemenea, dealuri traversabile (traversabile) și de netrecut. Acestea din urmă includ acele tuneluri care sunt prea rapide pentru ca un observator sau un semnal (având o viteză care nu depășește viteza luminii) să ajungă de la o intrare la alta. Exemplu clasic molehill impracticabil - în, și transitabil -.

O gaură de vierme traversabilă din interiorul lumii oferă o posibilitate ipotetică dacă, de exemplu, una dintre intrările sale se mișcă în raport cu cealaltă, sau dacă se află într-una puternică în care trecerea timpului încetinește. De asemenea, găurile de vierme pot crea ipotetic o oportunitate pentru călătorii interstelareși în această calitate, molehills se găsesc adesea în.

Găuri de vierme spațiale. Prin „dealuri” – spre stele?

Din păcate, utilizarea practică a „găurilor de vierme” pentru a ajunge la distanță obiecte spațialeîncă nu se vorbește. Proprietățile lor, soiurile, locurile de posibilă locație sunt încă cunoscute doar teoretic - deși, vedeți, acest lucru este deja destul de mult. Până la urmă, avem multe exemple despre cum construcțiile teoretice care păreau pur speculative au dus la apariția unor noi tehnologii care au schimbat radical viața omenirii. Energie nucleară, calculatoare, comunicații mobile, inginerie genetică... dar nu știi niciodată ce altceva?
Între timp, se cunosc următoarele despre „găuri de vierme”, sau „găuri de vierme”. În 1935, Albert Einstein și fizicianul american-israelian Nathan Rosen au sugerat existența unui fel de tuneluri care leagă diferite regiuni îndepărtate ale spațiului. La acea vreme, ele nu erau încă numite „găuri de vierme”, sau „găuri de cârtiță”, ci pur și simplu - „poduri Einstein-Rosen”. Deoarece astfel de poduri necesitau o curbură foarte puternică a spațiului pentru apariția unor astfel de poduri, timpul de existență a lor a fost foarte scurt. Nimeni și nimic nu ar avea timp să „alergă” peste un astfel de pod – sub influența gravitației, aproape imediat „s-a prăbușit”.
Și, prin urmare, a rămas complet inutilă în sens practic, deși o consecință amuzantă a teoriei generale a relativității.
Cu toate acestea, mai târziu au existat idei că unele tuneluri interdimensionale ar putea exista suficient perioadă lungă de timp- cu condiția să fie umplute cu ceva materie exotică cu o densitate energetică negativă. O astfel de materie va crea repulsie gravitațională în loc de atracție și, astfel, va preveni „prăbușirea” canalului. Apoi a apărut numele „găuri de vierme”. Apropo, oamenii de știință noștri preferă numele „cârtiță” sau „găură de vierme”: semnificația este aceeași, dar sună mult mai frumos ...
Fizicianul american John Archibald Wheeler (1911-2008), dezvoltând teoria „găurilor de vierme”, a sugerat că acestea sunt pătrunse câmp electric; în plus, sarcinile electrice în sine sunt, de fapt, gâturile „găurilor de vierme” microscopice. Academicianul astrofizician rus Nikolai Semyonovich Kardashev consideră că „găurile de vierme” pot atinge dimensiuni gigantice și că în centrul Galaxiei noastre nu există deloc găuri negre masive, ci gurile unor astfel de „găuri”.
De interes practic pentru viitorii călători în spațiu vor fi „găurile de vierme”, care sunt menținute într-o stare stabilă destul de mult timp și, în plus, sunt potrivite pentru ca navele spațiale să treacă prin ele.
Americanii Kip Thorne și Michael Morris au creat un model teoretic al unor astfel de canale. Cu toate acestea, stabilitatea lor este asigurată de „materia exotică”, despre care nu se știe cu adevărat nimic și despre care, poate, este mai bine ca tehnologia pământească să nu se amestece nici măcar.
Dar teoreticienii ruși Serghei Krasnikov din Observatorul Pulkovo iar Sergey Sushkov de la Universitatea Federală Kazan a prezentat ideea că stabilitatea unei găuri de vierme poate fi atinsă fără nicio densitate de energie negativă, ci pur și simplu datorită polarizării vidului în „gaura” (așa-numitul mecanism Sushkov).
În general, acum există un întreg set de teorii despre „găuri de vierme” (sau, dacă doriți, „găuri de vierme”). O clasificare foarte generală și speculativă le împarte în „pasabile” - stabile, Morris - găuri de vierme Thorn și impracticabile - poduri Einstein - Rosen. În plus, găurile de vierme variază ca scară - de la microscopice la gigantice, comparabile ca mărime cu „găurile negre” galactice. Și, în sfârșit, în funcție de scopul lor: „intra-univers”, conectând diferite locuri ale aceluiași Univers curbat și „inter-lume” (inter-univers), permițându-vă să intrați într-un alt continuum spațiu-timp.

Gravitație [De la sfere de cristal la găuri de vierme] Petrov Alexander Nikolaevici

Găuri de vierme

Găuri de vierme

Cârtița săpase recent o nouă galerie lungă în subteran, de la locuința lui până la ușile șoarecelui de câmp și a permis șoarecelui și fetei să meargă în această galerie atât timp cât au vrut.

Hans Christian Andersen „Thumbelina”

Ideea găurilor de vierme aparține lui Albert Einstein și Nathan Rosen (1909-1995). În 1935 ei au arătat că relativitatea generală permite așa-numitele „poduri” - treceri în spațiu prin care se poate, s-ar părea, mult mai rapid decât în mod obişnuit pentru a ajunge dintr-o parte a spațiului în alta sau dintr-un univers în altul. Dar „podul” lui Einstein - Rosen este un obiect dinamic, după ce observatorul pătrunde în el, ieșirile sunt comprimate.

Este posibil să inversezi compresia? Se pare că poți. Pentru a face acest lucru, este necesar să umpleți spațiul „punte” cu o substanță specială care împiedică compresia. Astfel de „poduri” sunt numite găuri de vierme, în versiunea în limba engleză - găuri de vierme(găuri de vierme).

special materialul gaurii de vierme si ca de obicei diferă prin faptul că „împinge prin” spațiu-timp în moduri diferite. În cazul materiei obișnuite, curbura acesteia (pozitivă) seamănă cu o parte a suprafeței unei sfere, iar în cazul materiei speciale, curbura (negativă) corespunde formei suprafeței șeii. Pe fig. 8.6 reprezintă schematic spații bidimensionale de curbură negativă, zero (plată) și pozitivă. Prin urmare, pentru deformarea spațiului-timp, care nu va permite găurii de vierme să se micșoreze, este nevoie de materie exotică, care creează repulsie. Legile clasice (nu cuantice) ale fizicii exclud astfel de stări ale materiei, dar legi cuantice, mai flexibil, permite. Materia exotică împiedică formarea unui orizont de evenimente. Iar lipsa unui orizont înseamnă că nu numai că poți să cazi într-o gaură de vierme, ci și să te întorci. Absența unui orizont de evenimente duce și la faptul că călătorul, un fan al găurilor de vierme, este întotdeauna disponibil telescoapelor observatorilor externi, iar contactul radio poate fi menținut cu el.

Orez. 8.6. Suprafețe bidimensionale cu curbură diferită

Dacă ne imaginăm cum se formează găurile negre, atunci cum sunt create „găurile de vierme”. era modernași dacă acestea sunt create deloc este complet neclar. Pe de altă parte, există acum o opinie aproape general acceptată că într-un stadiu incipient al dezvoltării Universului au existat o mulțime de găuri de vierme. Se presupune că înainte Marea explozie(despre care vom discuta în capitolul următor), înainte de expansiune, Universul era o spumă spațiu-timp cu fluctuații de curbură foarte mari, amestecate cu un câmp scalar. Celulele de spumă au fost interconectate. Și după Big Bang, aceste celule ar putea rămâne conectate, ceea ce ar putea fi găuri de vierme în epoca noastră. Acest tip de model a fost discutat în publicațiile lui Wheeler la mijlocul anilor 1950.

Orez. 8.7, gaură de vierme într-un univers închis

Deci, există o posibilitate fundamentală de a intra într-o gaură de vierme și de a ieși afară într-un alt punct al universului sau într-un alt univers (Fig. 8.7). Dacă folosiți suficient telescop puternic Priviți prin gât în ​​interiorul găurii de vierme, puteți vedea lumina trecutului îndepărtat și puteți afla despre evenimentele care s-au întâmplat cu câteva miliarde de ani în urmă. Într-adevăr, semnalul de la locul de observație ar putea rătăci în jurul Universului mult timp pentru a reversul intra in gaura de vierme si ies din punctul de observatie. Și dacă găurile de vierme au apărut de fapt simultan cu nașterea Universului, atunci într-un astfel de tunel puteți vedea trecutul cel mai îndepărtat.

Din poziția călătoriei în timp, doi oameni de știință cunoscuți, experți recunoscuți în studiul găurilor negre, Kip Thorne de la Institutul de Tehnologie din California și Igor Novikov de la Centrul Astrospațial al Institutului de Fizică Lebedev, au publicat o serie de lucrări. la începutul anilor 1980 apărând posibilitatea fundamentală de a crea o mașină a timpului.

Cu toate acestea, dacă ne gândim la romanele fantastice pe acest subiect, fiecare afirmă că călătoria în timp este probabil să fie distructivă. Într-o teorie serioasă, se dovedește că nicio acțiune distructivă cu ajutorul mașinii timpului lui Thorn și Novikov nu este imposibilă. Relațiile cauzale nu sunt încălcate, toate evenimentele au loc în așa fel încât să nu poată fi schimbate - cu siguranță va exista o piedică care va împiedica călătorul în timp să omoare „Fluturele Bradbury”.

Intrarea într-o gaură de vierme poate fi cea mai mare marimi diferite, nu există restricții - de la solzi cosmice până la dimensiunea, la propriu, a granulelor de nisip. Deoarece o gaură de vierme este un fel de rudă a unei găuri negre, nu ar trebui să căutați dimensiuni suplimentare în structura sa. Dacă aceasta este o mișcare undeva, atunci în limbajul geometriei este o topologie complexă. Să punem o întrebare. Cum să găsești o gaură de vierme? Din nou, amintiți-vă că aceasta este o rudă a unei găuri negre, apoi lângă spațiu-timp ar trebui să fie puternic curbat. Manifestările (observabile și neobservabile) ale unei astfel de curburi au fost discutate mai sus. Cu toate acestea, sunt posibile modele de găuri de vierme pentru care nu există o curbură locală. Apropiindu-se de o astfel de „gaura”, observatorul nu va experimenta nimic, dar dacă se împiedică de ea, va cădea ca de pe o stâncă. Dar astfel de modele sunt cele mai puțin preferate, apar diverse contradicții și exagerări.

Recent, un grup de oameni de știință ai noștri - Nikolai Kardashev, Igor Novikov și Alexander Shatsky - au ajuns la concluzia că proprietățile materiei exotice care susțin gaura de vierme sunt foarte asemănătoare cu proprietățile câmpurilor magnetice sau electrice. În urma cercetărilor, s-a dovedit că intrarea în tunel va fi foarte asemănătoare cu un monopol magnetic, adică un magnet cu un singur pol. În cazul găurilor de vierme, nu există un monopol real: un gât al unei găuri de vierme are un câmp magnetic de un semn, iar celălalt are un semn diferit, doar al doilea gât poate fi în alt univers. Într-un fel sau altul, dar monopolurile magnetice din spațiu nu au fost descoperite până acum, deși căutarea lor este în desfășurare. Dar ei caută de fapt particule elementare cu o astfel de proprietate. În cazul găurilor de vierme, este necesar să se caute monopoluri magnetice mari.

Una dintre sarcinile observatorului internațional recent lansat „RadioAstron” este tocmai căutarea unor astfel de monopoluri. Iată ce spune managerul de proiect Nikolai Kardashev într-unul dintre interviurile sale:

„Cu aceste observatoare, ne vom uita în interiorul găurilor negre și vom vedea dacă sunt găuri de vierme. Dacă se dovedește că vedem doar nori de gaz care trec și observăm diferite efecte asociate cu gravitația unei găuri negre, de exemplu, curbura traiectoriei luminii, atunci aceasta va fi o gaură neagră. Dacă vedem unde radio venind din interior, va fi clar că aceasta nu este o gaură neagră, ci o gaură de vierme. Să construim o imagine a câmpului magnetic folosind efectul Faraday. Până acum, aceasta nu avea permisiunea telescoape terestre. Și dacă se dovedește că câmpul magnetic corespunde unui monopol, atunci acesta este aproape sigur o „găură de vierme”. Dar mai întâi trebuie să vezi.

… În primul rând, ne propunem să investigăm găurile negre supermasive din centrul galaxiilor noastre și din apropiere. Pentru al nostru, acesta este un obiect foarte compact, cu o masă de 3 milioane masele solare. Credem că este o gaură neagră, dar ar putea fi și o gaură de vierme. Sunt obiecte și mai grandioase. În special, în centrul celui mai apropiat de noi din galaxii masive M 87 din constelația Fecioarei este o gaură neagră cu o masă de 3 miliarde de sori. Aceste obiecte sunt printre cele mai importante pentru cercetarea RadioAstronom. Dar nu numai ei. Există, de exemplu, niște pulsari care pot fi două intrări în aceeași „găură de vierme”. Și al treilea tip de obiecte - explozii de radiații gamma, în locul lor există și o emisie optică și radio pe termen scurt. Le observăm din când în când chiar și la distanțe foarte mari - ca și pentru cele mai îndepărtate galaxii vizibile. Sunt foarte puternici și încă nu înțelegem pe deplin ce sunt. În general, acum a fost pregătit un catalog cu o mie de obiecte pentru observare.”

gaură de vierme - 1) astrofizician. Cel mai important concept astrofizică modernă și cosmologie practică. „Gaura de vierme”, sau „gaura de cârtiță”, este un pasaj trans-spațial care conectează o gaură neagră și gaura albă corespunzătoare.

„Gaura de vierme” astrofizică străpunge spațiul pliat în dimensiuni suplimentare și vă permite să vă deplasați prin lumea reală. scurtăturăîntre sistemele stelare.

Studii efectuate folosind telescopul orbitant Hubble a arătat că fiecare gaură neagră este intrarea într-o „găură de vierme” (vezi LEGEA lui Hubble). Una dintre cele mai mari găuri este situată în centrul galaxiei noastre. S-a demonstrat teoretic (1993) că din această gaură centrală a apărut sistemul solar.

Conform conceptelor moderne, partea observabilă a Universului este literalmente plină de „găuri de vierme” care merg „înainte și înapoi”. Mulți astrofizicieni de seamă cred că călătoria prin „găuri de vierme” este viitorul astronauticii interstelare. "

Cu toții suntem obișnuiți cu faptul că trecutul nu poate fi înapoiat, deși uneori ne dorim foarte mult. Scriitorii de science fiction pictează de peste un secol alt fel incidente care apar din cauza capacităţii de a călători în timp şi de a influenţa cursul istoriei. Mai mult, acest subiect s-a dovedit a fi atât de arzător încât la sfârșitul secolului trecut, chiar și fizicienii departe de basme au început să caute serios astfel de soluții la ecuațiile care descriu lumea noastră, care să permită crearea mașinilor timpului și într-o clipă. a unui ochi pentru a depăși orice spațiu și timp.

Romanele fantezie descriu întreg rețelele de transport conectarea sistemelor stelare și epoci istorice. Am intrat într-o cabină stilizată, să zicem, ca o cabină telefonică și am ajuns undeva în Nebuloasa Andromeda sau pe Pământ, dar - vizitând tiranozauri dispăruți de mult.

Personajele unor astfel de lucrări folosesc în mod constant transportul zero al mașinii timpului, portaluri și dispozitive convenabile similare.

Cu toate acestea, fanii SF percep astfel de călătorii fără prea multă trepidare - nu știi niciodată ce se poate imagina, referindu-se implementarea inventatului la un viitor incert sau la intuițiile unui geniu necunoscut. Mult mai surprinzător este faptul că mașinile timpului și tunelurile din spațiu sunt discutate destul de serios cât se poate ipotetic în articolele despre fizica teoretica, pe paginile celor mai reputate publicații științifice.

Răspunsul constă în faptul că, conform teoriei gravitației a lui Einstein - teoria generală a relativității (GR), spațiul-timp cu patru dimensiuni în care trăim este curbat, iar gravitația, familiară tuturor, este o manifestare a unei astfel de curbură.

Materia „se îndoaie”, deformează spațiul din jurul ei și, cu cât este mai dens, cu atât curbura este mai puternică.

numeroși teorii alternative gravitația, al cărei număr ajunge la sute, diferă de relativitatea generală în detalii, păstrează principalul lucru - ideea curburii spațiu-timp. Și dacă spațiul este curbat, atunci de ce să nu luăm, de exemplu, forma unei țevi, scurtcircuitând regiuni separate de sute de mii de ani lumină sau, să spunem, epoci departe unele de altele - până la urmă vorbim nu doar despre spațiu, ci despre spațiu-timp?

Amintiți-vă, Strugatskys (care, apropo, au recurs și la zero-transport): „Nu văd absolut de ce nobilii nu ar trebui să ...” - ei bine, să spunem, să nu zboare în secolul XXXII? ...

Găuri de vierme sau găuri negre?

Gândurile despre o curbură atât de puternică a spațiu-timpului nostru au apărut imediat după apariția relativității generale - deja în 1916, fizicianul austriac L. Flamm a discutat despre posibilitatea existenței geometriei spațiale sub forma unui fel de găuri care leagă două lumi. . În 1935, A. Einstein și matematicianul N. Rosen au atras atenția asupra faptului că cele mai simple soluții ale ecuațiilor GR, care descriu surse izolate, neutre sau încărcate electric ale câmpului gravitațional, au o structură spațială de „punte” care aproape conectează fără probleme două universuri - două identice, aproape plate, spațiu-timp.

De asemenea fel structuri spațiale mai târziu au fost numite „găuri de vierme” (o traducere destul de liberă a cuvântului englezesc „găuri de vierme” - „găuri de vierme”).

Einstein și Rosen s-au gândit chiar să folosească astfel de „punți” pentru a descrie particule elementare. Într-adevăr, particula în acest caz este o formațiune pur spațială, deci nu este nevoie să modelăm în mod specific sursa de masă sau de încărcare, iar cu dimensiunile microscopice ale găurii de vierme, un observator extern, îndepărtat, situat într-unul dintre spații vede doar o sursă punctiformă cu o anumită masă și sarcină.

Liniile electrice de forță intră în gaură dintr-o parte și ies din cealaltă, fără să înceapă sau să se termine nicăieri.

Prin expresie fizician american J. Wheeler, se dovedește „masă fără masă, încărcare fără sarcină”. Și în acest caz, nu este deloc necesar să credem că puntea leagă două universuri diferite - presupunerea că ambele „guri” ale găurii de vierme se deschid în același univers, dar în puncte diferite și în timpuri diferite- ceva ca un „mâner” gol, cusut la lumea obișnuită aproape plată.

O gură în care intră liniile de forță poate fi văzută ca sarcina negativa(de exemplu, un electron), celălalt din care ies - ca pozitiv (pozitron), masele vor fi aceleași pe ambele părți.

În ciuda atractivității unei astfel de imagini, ea (din multe motive) nu a prins rădăcini în fizica particulelor elementare. Este dificil să atribui proprietăți cuantice „podurilor” lui Einstein – Rosen, iar fără ele nu există nimic de făcut în microcosmos.

La valori cunoscute mase și sarcini ale particulelor (electroni sau protoni), puntea Einstein-Rosen nu se formează deloc, în schimb, soluția „electrică” prezice așa-numita singularitate „golă” - punctul în care curbura spațiului și electricitatea câmpul devine infinit. Conceptul de spațiu-timp, chiar dacă este curbat, își pierde sensul în astfel de puncte, deoarece este imposibil să rezolvi ecuații cu termeni infiniti. Relativitatea generală în sine afirmă destul de clar unde anume încetează să funcționeze. Să ne amintim cuvintele spuse mai sus: „aproape fără probleme...”. Acest „aproape” se referă la defectul principal al „podurilor” lui Einstein - Rosen - o încălcare a netezirii în partea cea mai îngustă a „podului”, pe gât.

Și această încălcare, trebuie spus, este foarte netrivială: pe un astfel de gât, din punctul de vedere al unui observator îndepărtat, timpul se opreste...

În termeni moderni, ceea ce Einstein și Rosen au văzut ca gâtul (adică cel mai îngust punct al „podului”) nu este de fapt nimic altceva decât orizontul de evenimente al unei găuri negre (neutru sau încărcat).

Mai mult, cu partide diferite particulele sau razele „punte” cad pe diferite „secțiuni” ale orizontului, iar între, relativ vorbind, părțile din dreapta și din stânga orizontului există o zonă specială nestatică, fără a o depăși, este imposibil să treci prin gaură. .

Pentru un observator îndepărtat, o navă spațială care se apropie de orizontul unei găuri negre suficient de mari (comparativ cu nava) pare să înghețe pentru totdeauna, iar semnalele de la ea ajung din ce în ce mai rar. Dimpotrivă, prin ceasul navei orizontul este atins într-un timp finit.

După ce a trecut orizontul, nava (o particulă sau o rază de lumină) se sprijină în curând inevitabil pe o singularitate - unde curbura devine infinită și unde (încă pe drum) orice corp extins va fi inevitabil zdrobit și sfâșiat.

Takova realitatea dură structura internă a unei găuri negre. Soluțiile Schwarzschild și Reisner-Nordstrom care descriu găurile negre simetrice sferice neutre și încărcate electric au fost obținute în 1916-1917, dar fizicienii au înțeles pe deplin geometria complexă a acestor spații abia la începutul anilor 1950-1960. Apropo, atunci John Archibald Wheeler, cunoscut pentru munca sa în fizica nuclearași teoria gravitației, a propus termenii „găură neagră” și „găură de vierme”.

După cum sa dovedit, există într-adevăr găuri de vierme în spațiile Schwarzschild și Reisner-Nordström. Din punctul de vedere al unui observator îndepărtat, ele nu sunt complet vizibile, ca și găurile negre în sine și sunt la fel de eterne. Dar pentru un călător care a îndrăznit să pătrundă dincolo de orizont, gaura se prăbușește atât de repede încât nici o navă, nici o particulă masivă, nici măcar o rază de lumină nu va zbura prin ea.

Pentru a ocoli singularitatea, pentru a străpunge „spre lumina lui Dumnezeu” - la cealaltă gură a găurii, este necesar să ne mișcăm mai repede decât lumina. Iar fizicienii de astăzi cred că vitezele superluminale de mișcare a materiei și energiei sunt imposibile în principiu.

Găuri de vierme și bucle de timp

Deci, gaura neagră Schwarzschild poate fi considerată o gaură de vierme impenetrabilă. Gaura neagră Reisner-Nordstrom este mai complicată, dar și impracticabilă.

Cu toate acestea, nu este atât de dificil să veniți cu și să descrieți găuri de vierme cu patru dimensiuni traversabile, alegând tipul dorit de metrică (o metrică, sau un tensor metric, este un set de mărimi care sunt folosite pentru a calcula distanțe-intervale în patru dimensiuni între puncte de eveniment, care caracterizează pe deplin geometria spațiului-timp și câmpul gravitațional). Găurile de vierme traversabile sunt, în general, geometric chiar mai simple decât găurile negre: nu ar trebui să existe orizonturi care să conducă la cataclisme odată cu trecerea timpului.

Timpul în diferite puncte poate, desigur, să meargă într-un ritm diferit - dar nu ar trebui să accelereze sau să se oprească la infinit.

Trebuie spus că diverse găuri negre și găuri de vierme sunt micro-obiecte foarte interesante care apar de la sine ca fluctuații cuantice ale câmpului gravitațional (la lungimi de ordinul a 10-33 cm), unde, conform estimările existente, conceptul de spațiu-timp clasic, neted nu mai este aplicabil.

Pe astfel de solzi, ar trebui să existe ceva asemănător cu apa sau spuma de săpun într-un flux turbulent, care „respiră” în mod constant datorită formării și prăbușirii bulelor mici. În loc de calm spațiu gol avem mini-găuri negre și găuri de vierme din cele mai bizare și împletite configurații care apar și dispar într-un ritm frenetic. Dimensiunile lor sunt neînchipuit de mici - sunt de atâtea ori mai mici nucleul atomic la ce ora este miezul planetă mai mică Pământ. Nu există încă o descriere riguroasă a spumei spațiu-timp, deoarece încă nu a fost creată o teorie cuantică consistentă a gravitației, dar în in termeni generali tabloul descris decurge din principiile de bază ale teoriei fizice și este puțin probabil să se schimbe.

Cu toate acestea, din punct de vedere al călătoriilor interstelare și intertemporale, sunt necesare găuri de vierme de dimensiuni complet diferite: „Mi-ar plăcea” ca o navă spațială de dimensiuni rezonabile sau cel puțin un tanc să treacă prin gât fără deteriorare (ar fi incomod printre tiranosauri). fără ea, nu?).

Prin urmare, pentru început, este necesar să se obțină soluții la ecuațiile gravitației sub formă de găuri de vierme traversabile de dimensiuni macroscopice. Și dacă presupunem că o astfel de gaură a apărut deja, iar restul spațiu-timpului a rămas aproape plat, atunci considerăm că există totul - o gaură poate fi o mașină a timpului, un tunel intergalactic și chiar un accelerator.

Indiferent de unde și când se află una dintre gurile unei găuri de vierme, a doua poate fi oriunde în spațiu și în orice moment - în trecut sau în viitor.

În plus, gura se poate mișca cu orice viteză (în limitele luminii) în raport cu corpurile din jur - acest lucru nu va împiedica ieșirea din gaură în spațiul (practic) plat Minkowski.

Se știe că este neobișnuit de simetric și arată la fel în toate punctele sale, în toate direcțiile și în orice sisteme inerțiale indiferent cât de repede se mișcă.

Dar, pe de altă parte, presupunând existența unei mașini a timpului, ne confruntăm imediat cu întregul „buchet” de paradoxuri precum – a zburat în trecut și „l-a ucis pe bunicul cu o lopată” înainte ca bunicul să poată deveni tată. Normal bun simț sugerează că acest lucru, cel mai probabil, pur și simplu nu poate fi. Și dacă o teorie fizică pretinde că descrie realitatea, trebuie să conțină un mecanism care să interzică formarea unor astfel de „bucle de timp”, sau cel puțin să le facă extrem de dificil de format.

GR, fără îndoială, pretinde că descrie realitatea. S-au găsit în ea multe soluții care descriu spații cu bucle de timp închise, dar de regulă, dintr-un motiv sau altul, acestea sunt recunoscute fie ca fiind nerealiste, fie, să spunem, „nepericuloase”.

Da foarte solutie interesanta Ecuațiile lui Einstein au fost subliniate de matematicianul austriac K. Godel: acesta este un univers staționar omogen, care se rotește în ansamblu. Conține traiectorii închise, de-a lungul cărora te poți întoarce nu numai la punctul de plecare în spațiu, ci și la punctul de plecare în timp. Cu toate acestea, calculul arată că durata minimă de timp a unei astfel de bucle este mult mai mare decât durata de viață a Universului.

Găurile de vierme traversabile, considerate „punți” între universuri diferite, sunt temporare (cum am spus) pentru a presupune că ambele guri se deschid în același univers, deoarece buclele apar imediat. Ceea ce atunci, din punctul de vedere al relativității generale, împiedică formarea lor – conform macar, la scară macroscopică și cosmică?

Răspunsul este simplu: structura ecuațiilor lui Einstein. Pe partea stângă se află cantități care caracterizează geometria spațiu-timp, iar în dreapta - așa-numitul tensor energie-impuls, care conține informații despre densitatea energetică a materiei și diferite câmpuri, despre presiunea lor în diferite direcții, despre distribuția lor în spațiu și despre starea de mișcare.

Se pot „citi” ecuațiile lui Einstein de la dreapta la stânga, afirmând că ele sunt folosite de materie pentru a „spune” spațiului cum să se curbeze. Dar este și posibil - de la stânga la dreapta, atunci interpretarea va fi diferită: geometria dictează proprietățile materiei, care ar putea-o oferi, geometria, existența.

Deci, dacă avem nevoie de geometria unei găuri de vierme, o vom înlocui în ecuațiile lui Einstein, vom analiza și vom afla ce fel de materie este necesar. Se dovedește că este foarte ciudat și fără precedent, se numește „materie exotică”. Deci, pentru a crea cea mai simplă gaură de vierme (simetrică sferic), este necesar ca densitatea energiei și presiunea în direcția radială să se adună la o valoare negativă. Este necesar să spunem că pentru tipurile obișnuite de materie (precum și pentru multe câmpuri fizice cunoscute) ambele cantități sunt pozitive?...

Natura, după cum vedem, a pus într-adevăr o barieră serioasă în calea apariției găurilor de vierme. Dar așa funcționează o persoană, iar oamenii de știință nu fac excepție: dacă bariera există, vor exista întotdeauna cei care vor să o depășească...

Lucrarea teoreticienilor interesați de găurile de vierme poate fi împărțită condiționat în două direcții complementare. Primul, presupunând în prealabil existența găurilor de vierme, are în vedere consecințele care apar, al doilea încearcă să determine cum și din ce găuri de vierme pot fi construite, în ce condiții apar sau pot apărea.

În lucrările primei direcții, de exemplu, se discută o astfel de întrebare.

Să presupunem că avem la dispoziție o gaură de vierme, prin care poți trece în câteva secunde și să lăsăm cele două guri în formă de pâlnie „A” și „B” să fie situate aproape una de alta în spațiu. Este posibil să transformi o astfel de gaură într-o mașină a timpului?

Fizicianul american Kip Thorne și colaboratorii săi au arătat cum să facă acest lucru: ideea este să lăsați una dintre guri, „A”, la loc, iar cealaltă, „B” (care ar trebui să se comporte ca un corp masiv obișnuit), să se dispersează la o viteză comparabilă cu viteza luminii, apoi se întoarce înapoi și frânează lângă „A”. Apoi, datorită efectului SRT (decelerare a timpului asupra unui corp în mișcare în comparație cu unul staționar), va trece mai puțin timp pentru gura „B” decât pentru gura „A”. Mai mult, cu cât viteza și durata deplasării gurii „B a fost mai mare”, cu atât diferența de timp dintre ele va fi mai mare.

Acesta, de fapt, este același „paradox geamăn” binecunoscut oamenilor de știință: un geamăn care s-a întors dintr-un zbor către stele se dovedește a fi mai tânăr decât fratele său, cel de origine... Să fie diferența de timp dintre guri, pt. de exemplu, o jumătate de an.

Apoi, stând lângă gura lui „A” în mijlocul iernii, vom vedea prin gaura de vierme o imagine vie a verii trecute și - într-adevăr această vară și revenirea, după ce a trecut prin gaura prin. Apoi ne vom apropia din nou de pâlnia „A” (așa cum am convenit, este undeva în apropiere), ne vom scufunda încă o dată în groapă și vom sări direct în zăpada de anul trecut. Și de atâtea ori. Deplasându-ne în direcția opusă - scufundări în pâlnia "B", - să sărim o jumătate de an în viitor ...

Astfel, după ce am efectuat o singură manipulare cu una dintre guri, obținem o mașină a timpului care poate fi „folosită” în mod constant (presupunând, desigur, că gaura este stabilă sau că suntem capabili să-i menținem „operabilitatea”).

Lucrările celei de-a doua direcții sunt mai numeroase și, poate, chiar mai interesante. Această direcție include căutarea unor modele specifice de găuri de vierme și studiul acestora proprietăți specifice, care, în general, determină ce se poate face cu aceste găuri și cum să le folosească.

Exomateria și energia întunecată

Proprietăți exotice ale materiei care trebuie să fie posedate material de construcții pentru găurile de vierme, după cum se dovedește, pot fi realizate datorită așa-numitei polarizări în vid a câmpurilor cuantice.

La această concluzie s-a ajuns recent fizicienii ruși Arkadi Popov și Sergey Sushkov din Kazan (împreună cu David Hochberg din Spania) și Sergey Krasnikov de la Observatorul Pulkovo. Și în acest caz, vidul nu este deloc gol, ci stare cuantică cu cea mai mică energie - un câmp fără particule reale. În ea apar în mod constant perechi de particule „virtuale”, care din nou dispar mai devreme decât ar putea fi detectate de dispozitive, dar își lasă urma foarte reală sub forma unui tensor de energie-impuls cu proprietăți neobișnuite.

Și deși proprietățile cuantice ale materiei se manifestă mai ales în microcosmos, găurile de vierme generate de acestea (în anumite condiții) pot atinge dimensiuni foarte decente. Apropo, unul dintre articolele lui S. Krasnikov are un titlu „înfricoșător” - „Amenințarea găurilor de vierme”. Cel mai interesant lucru la această discuție pur teoretică este că realul observatii astronomice ultimii ani par să submineze foarte mult pozițiile oponenților posibilității înseși existenței găurilor de vierme.

Astrofizicienii, care studiau statisticile exploziilor de supernove în galaxiile aflate la miliarde de ani lumină distanță de noi, au ajuns la concluzia că Universul nostru nu doar se extinde, ci se extinde cu o viteză din ce în ce mai mare, adică cu accelerație. Mai mult, în timp, această accelerație chiar crește. Acest lucru este indicat cu destulă încredere de cele mai recente observații efectuate asupra celor mai recente telescoape spațiale. Ei bine, acum este timpul să ne amintim legătura dintre materie și geometrie în relativitatea generală: natura expansiunii Universului este strâns legată de ecuația stării materiei, cu alte cuvinte, de relația dintre densitatea și presiunea acesteia. Dacă materia este obișnuită (cu densitate și presiune pozitive), atunci densitatea în sine scade în timp, iar expansiunea încetinește.

Dacă presiunea este negativă și egală ca mărime, dar semn opus densității de energie (atunci suma lor = 0), atunci această densitate este constantă în timp și spațiu - aceasta este așa-numita constantă cosmologică, care duce la expansiune cu accelerație constantă.

Dar pentru ca accelerația să crească în timp, iar acest lucru nu este suficient - suma presiunii și a densității energetice trebuie să fie negativă. Nimeni nu a observat vreodată o astfel de materie, dar comportamentul părții vizibile a Universului pare să-i semnaleze prezența. Calculele arată că acest tip de materie ciudată, invizibilă (numită „energie întunecată”) în epoca actuală ar trebui să fie de aproximativ 70%, iar această proporție este în continuă creștere (spre deosebire de materia obișnuită, care își pierde din densitate odată cu creșterea volumului, energia întunecată se comportă paradoxal - Universul se extinde, iar densitatea lui este în creștere). Dar până la urmă (și am vorbit deja despre acest lucru), tocmai o astfel de materie exotică este cel mai potrivit „material de construcție” pentru formarea găurilor de vierme.

Unul este atras să fantezi: mai devreme sau mai târziu, energia întunecată va fi descoperită, oamenii de știință și tehnologii vor învăța cum să o îngroașe și să construiască găuri de vierme și acolo - nu departe de „visul devenit realitate” - despre mașinile timpului și despre tunelurile care duc la stelele ...

Adevărat, estimarea densității energie întunecatăîn universul care o oferă expansiune accelerată: daca energia intunecata este distribuita uniform se obtine o valoare complet neglijabila - aproximativ 10-29 g/cm3. Pentru o substanță obișnuită, această densitate corespunde la 10 atomi de hidrogen pe 1 m3. Chiar și gazul interstelar este de câteva ori mai dens. Deci, dacă această cale către crearea unei mașini a timpului poate deveni reală, atunci nu va fi foarte, foarte curând.

Am nevoie de o gaură pentru gogoși

Până acum, am vorbit despre găuri de vierme asemănătoare tunelului cu gât neted. Dar GR prezice și un alt fel de găuri de vierme - și, în principiu, nu necesită deloc materie distribuită. Există o întreagă clasă de soluții la ecuațiile lui Einstein, în care spațiul-timp cu patru dimensiuni, plat departe de sursa câmpului, există, parcă, în duplicat (sau foi), și comun pentru ambele sunt doar un anumit inel subțire (sursa câmpului) și un disc, acest inel limitat.

Acest inel are o proprietate cu adevărat magică: poți „rătăci” în jurul lui atât timp cât vrei, rămânând în lumea „voastra”, dar odată ce treci prin el, te vei găsi într-o lume complet diferită, deși asemănătoare cu „ al tau". Și pentru a te întoarce, trebuie să treci din nou prin inel (și din orice parte, nu neapărat din cea pe care tocmai ai plecat).

Inelul în sine este singular - curbura spațiului-timp de pe el se transformă la infinit, dar toate punctele din interiorul său sunt destul de normale, iar corpul care se mișcă acolo nu experimentează niciun efect catastrofal.

Interesant este că există o mulțime de astfel de soluții - atât neutre, cât și incarcare electrica, atât cu rotație, cât și fără. Aceasta este, în special, celebra soluție a neozeelandezului R. Kerr pentru o gaură neagră rotativă. Descrie cel mai realist găurile negre ale scărilor stelare și galactice (de a căror existență majoritatea astrofizicienilor nu se mai îndoiesc), deoarece aproape toate corpuri cerești experimentați rotația, iar atunci când este comprimată, rotația doar accelerează, mai ales când se prăbușește într-o gaură neagră.

Deci, se dovedește că găurile negre rotative sunt candidați „directi” pentru „mașinile timpului”? Cu toate acestea, găurile negre care se formează în sistemele stelare sunt înconjurate și umplute cu gaz fierbinte și radiații dure și mortale. Pe lângă această obiecție pur practică, mai există și una fundamentală, legată de dificultățile de a ieși de sub orizontul evenimentelor la o nouă „foaie” spațio-temporală. Dar nu merită să ne oprim asupra acestui lucru mai detaliat, deoarece, conform relativității generale și a multor generalizări ale acesteia, găurile de vierme cu inele singulare pot exista fără orizonturi.

Deci există cel puțin două posibilități teoretice pentru existența găurilor de vierme care se conectează lumi diferite: vizuini pot fi netede și constau din materie exotică, sau pot apărea din cauza unei singularități, rămânând în același timp transitabile.

Spațiu și șiruri

Inelele subțiri singulare seamănă cu alte obiecte neobișnuite prezise fizica modernă, - corzi cosmice format (după unele teorii) în universul timpuriu când materia supradensă se răcește și stările ei se schimbă.

Ele seamănă într-adevăr cu corzile, doar extraordinar de grele - multe miliarde de tone pe centimetru de lungime cu o grosime de o fracțiune de micron. Și, așa cum au arătat americanul Richard Gott și francezul Gerard Clement, din mai multe șiruri care se mișcă unul față de celălalt cu viteze mari, este posibil să se compună construcții care conțin bucle temporare. Adică, mișcându-vă într-un anumit fel în câmpul gravitațional al acestor corzi, vă puteți întoarce la punctul de plecare înainte de a zbura din el.

Astronomii caută de mult acest tip obiecte spațiale, iar astăzi există deja un candidat „bun” - obiectul CSL-1. Acestea sunt două galaxii surprinzător de similare, care în realitate sunt probabil una, doar bifurcate din cauza efectului lentilei gravitaționale. Și în acest caz lentilă gravitațională- nu sferic, ci cilindric, asemănător cu un fir lung și subțire greu.

Va ajuta cea de-a cincea dimensiune?

În cazul în care spațiul-timp conține mai mult de patru dimensiuni, arhitectura găurilor de vierme dobândește posibilități noi, necunoscute anterior.

Astfel, în ultimii ani, conceptul de „lumea branelor” a devenit popular. Se presupune că toată materia observabilă este situată pe o suprafață cu patru dimensiuni (notată prin termenul „brană” - un cuvânt trunchiat pentru „membrană”), iar în volumul înconjurător cinci sau șase dimensiuni nu există altceva decât un câmp gravitațional. Câmpul gravitațional de pe brană în sine (și acesta este singurul pe care îl observăm) se supune ecuațiilor Einstein modificate și au o contribuție din geometria volumului înconjurător.

Deci, această contribuție este capabilă să joace rolul materiei exotice care generează găuri de vierme. Vizuinile pot fi de orice dimensiune și tot nu au propria gravitație.

Acest lucru, desigur, nu epuizează întreaga varietate de „construcții” de găuri de vierme, iar concluzia generală este că, pentru toată natura neobișnuită a proprietăților lor și pentru toate dificultățile unei naturi fundamentale, inclusiv filozofice, la care ei pot conduce, posibila lor existență merită tratată cu deplină seriozitate și atenția cuvenită.

Nu se poate exclude, de exemplu, ca în spațiul interstelar sau intergalactic să existe găuri mari, fie și doar din cauza concentrării energiei foarte întunecate care accelerează expansiunea Universului.

Nu există încă un răspuns fără echivoc la întrebări - cum pot căuta un observator pământesc și dacă există o modalitate de a le detecta - încă. Spre deosebire de găurile negre, găurile de vierme s-ar putea să nu aibă nici măcar câmp vizibil atracție (este posibilă și respingerea) și, prin urmare, în vecinătatea lor nu trebuie să ne așteptăm la concentrații vizibile de stele sau de gaze și praf interstelare.

Dar presupunând că pot „scurtcircuita” regiuni sau epoci care sunt departe una de cealaltă, trecând radiația luminilor prin ei înșiși, este foarte posibil să ne așteptăm ca o galaxie îndepărtată să pară neobișnuit de apropiată.

Datorită expansiunii Universului, cu cât galaxia este mai îndepărtată, cu atât mai mare este deplasarea spectrului (spre partea roșie) radiația sa ajunge la noi. Dar când te uiți printr-o gaură de vierme, este posibil să nu existe nicio deplasare spre roșu. Sau va fi, dar - altul. Unele dintre aceste obiecte pot fi observate simultan în două moduri - prin gaură sau în modul „obișnuit”, „dincolo de gaură”.

Astfel, semnul unei găuri de vierme cosmice poate fi următorul: observarea a două obiecte de la foarte proprietăți similare, dar la distanțe vizibile diferite și cu diferite deplasări spre roșu.

Dacă totuși găurile de vierme sunt descoperite (sau construite), domeniul filozofiei care se ocupă cu interpretarea științei se va confrunta cu sarcini noi și, trebuie să spun, foarte dificile. Și pentru toată absurditatea aparentă a buclelor de timp și complexitatea problemelor asociate cu cauzalitatea, această zonă a științei, după toate probabilitățile, mai devreme sau mai târziu va înțelege totul cumva. La fel ca la un moment dat "manevrat" cu probleme conceptuale mecanica cuanticăși teoria relativității a lui Einstein...

Kirill Bronnikov, doctor în științe fizice și matematice

Un grup de fizicieni din Germania și Grecia îndrumări generale Burkhard Klayhaus a prezentat în principiu Un nou aspect la problema găuri de vierme. Așa-zisul obiecte ipotetice în care există o curbură a spațiului și timpului.

Se crede că sunt tuneluri prin care poți călători în alte lumi la un moment dat.

Găurile de vierme, sau, așa cum sunt numite și, găurile de vierme, sunt cunoscute oricărui fan al science fiction-ului, unde aceste obiecte sunt descrise foarte viu și impresionant (deși în cărți sunt mai des numite spațiu zero). Datorită lor, eroii se pot muta dintr-o galaxie în alta pentru o perioadă foarte lungă un timp scurt. În ceea ce privește adevăratele găuri de vierme, situația cu ele este mult mai complicată. Încă nu este clar dacă ele există cu adevărat sau dacă toate acestea sunt rezultatul imaginației sălbatice a fizicienilor teoreticieni.

Conform noțiunilor tradiționale, găurile de vierme sunt o proprietate ipotetică a universului nostru, sau mai bine zis, spațiu și timp. Conform conceptului de pod Einstein-Rosen, în fiecare moment al Universului nostru pot apărea niște tuneluri prin care poți ajunge dintr-un punct din spațiu în altul aproape simultan (adică fără pierderi de timp).

S-ar părea că se teleportează cu ajutorul lor pentru propria ta plăcere! Dar iată necazul: în primul rând, aceste găuri de vierme sunt extrem de mici (numai particulele elementare pot trece cu ușurință prin ele), iar în al doilea rând, ele există pentru o perioadă extrem de scurtă, milioanemi de secundă. De aceea este extrem de dificil să le studiezi - până acum, toate modelele de găuri de vierme nu au fost confirmate experimental.

Cu toate acestea, oamenii de știință au încă o idee despre ceea ce ar putea fi în interiorul unui astfel de tunel (deși, din păcate, este doar teoretic). Se crede că totul acolo este înghesuit cu așa-numita materie exotică (a nu se confunda cu materia întunecată, acestea sunt chestiuni diferite). Și această chestiune și-a primit porecla de la faptul că constă din particule elementare fundamental diferite. Și din această cauză, majoritatea legilor fizice nu sunt respectate în ea - în special, energia poate avea o densitate negativă, forța gravitației nu atrage, ci respinge obiectele etc. În general, totul în interiorul tunelului este complet diferit de oameni normali. Dar tocmai această materie neregulată asigură acea tranziție miraculoasă prin gaura de vierme.

De fapt, celebra teorie generală a relativității a lui Einstein este foarte loială posibilității existenței unor găuri de vierme - nu infirmă existența unor astfel de tuneluri (deși nu confirmă). Ei bine, ceea ce nu este interzis, după cum știți, este permis. Prin urmare, mulți astrofizicieni au încercat în mod activ să găsească urme ale unei găuri de vierme mai mult sau mai puțin stabile încă de la mijlocul secolului trecut.

De fapt, interesul lor poate fi înțeles - dacă se dovedește că un astfel de tunel este posibil în principiu, atunci călătoria prin el către lumi îndepărtate va deveni foarte o chestiune simplă(desigur, cu condiția ca gaura de vierme să fie situată aproape de sistem solar). Cu toate acestea, căutarea acestui obiect este îngreunată de faptul că oamenii de știință încă, de fapt, nu își imaginează exact ce să caute. De fapt, este imposibil să vezi direct această gaură, deoarece, ca și găurile negre, aspiră totul în sine (inclusiv radiația), dar nu eliberează nimic. Nevoie de cateva semne indirecte existența sa, dar întrebarea este - care dintre ele?

Și recent, un grup de fizicieni din Germania și Grecia, sub conducerea generală a lui Burkhard Kleihaus de la Universitatea din Oldenburg (Germania), pentru a atenua suferința astrofizicienilor, a prezentat o privire fundamental nouă asupra problemei găurilor de vierme. Din punctul lor de vedere, acestea tunelurile pot exista într-adevăr în univers și pot fi destul de stabile în același timp. Și nu există materie exotică, conform grupului Klayhouse, în interiorul lor.

Oamenii de știință cred că apariția găurilor de vierme a fost cauzată de fluctuațiile cuantice inerente universului timpuriu aproape imediat după Big Bang și a dat naștere așa-numitei spume cuantice. Lasă-mă să-ți amintesc asta spuma cuantică- acesta este un fel de concept condiționat care poate fi folosit ca descriere calitativă a turbulențelor spațiu-timp subatomic la distanțe foarte mici (de ordinul lungimii Planck, adică o distanță de 10 -33 cm).

Figurat vorbind, spuma cuantică poate fi reprezentată astfel: imaginați-vă că undeva, în perioade foarte scurte de timp, în regiuni foarte mici ale spațiului, poate apărea spontan energie suficientă pentru a transforma această bucată de spațiu într-o gaură neagră. Și această energie apare nu doar de nicăieri, ci ca rezultat al ciocnirii particulelor cu antiparticule și al anihilării lor reciproce. Și apoi în fața ochilor noștri va fi un fel de ceaun clocotind, în care găurile negre apar continuu și dispar imediat.

Deci, potrivit autorilor studiului, Imediat după Big Bang, universul nostru a fost spumă cuantică.. Și a apărut în ea în fiecare moment al timpului nu numai găuri negre, ci și găuri de vierme. Și apoi inflația (adică expansiunea) Universului nu ar trebui doar să-l umfle la o dimensiune uriașă, ci, în același timp, să crească brusc găurile și să le stabilească. Atât de mult încât a devenit posibil să pătrundă chiar și corpuri destul de mari în ele.

Adevărat, există o problemă aici. Cert este că, deși corpurile mari, conform acestui model, pot intra într-o gaură de vierme, influența gravitațională pe ele la intrare ar trebui să fie foarte mici. În caz contrar, vor fi pur și simplu rupte. Dar dacă curbura spațiului-timp la intrare este „netedă”, atunci călătoria în sine prin ea nu poate fi instantanee. Acesta, conform calculelor cercetătorilor, va dura zeci sau chiar sute de ani lumină, de la ieșirea din gaura de vierme, accesibilă. corp mare, va fi situat destul de departe de intrare.

Cercetătorii cred că găsirea acestor obiecte în univers, deși nu este ușoară, este totuși posibilă. Deși pot arăta ca niște găuri negre, există încă diferențe. De exemplu, într-o gaură neagră, gazul care cade în afara orizontului evenimentului încetează imediat să mai emită raze X, iar cel care a căzut în gaura de vierme (care nu are orizont de evenimente) continuă să o facă. Apropo, acest comportament al gazului a fost înregistrat recent de Hubble în vecinătatea obiectului Săgetător A*, care este considerat în mod tradițional o gaură neagră masivă. Dar, judecând după comportamentul gazului, ar putea fi o gaură de vierme stabilă.

Conform conceptului grupului Klayhouse, pot exista și alte semne care indică existența găurilor de vierme. Teoretic, se poate presupune o situație în care astronomii vor observa în mod direct inadecvarea imaginii din spatele găurii de vierme dacă telescopul este transformat accidental în sectorul său al cerului înstelat. În acest caz, va afișa o imagine pentru zeci sau sute de ani lumină, pe care astronomii o pot distinge cu ușurință de ceea ce ar trebui să fie cu adevărat în acest loc. Gravitația stelei (dacă se află de cealaltă parte a găurii de vierme) poate, de asemenea, distorsiona lumina stelelor îndepărtate care trec în apropierea găurii de vierme.

Trebuie remarcat faptul că lucrarea grecilor și fizicienii germani, deși este pur teoretic, este foarte important pentru astronomi. Ea sistematizează totul pentru prima dată semne posibile găuri de vierme care pot fi observate. Deci, ghidate de acesta, aceste tuneluri pot fi detectate. Adică, acum oamenii de știință știu exact ce trebuie să caute.

Deși, pe de altă parte, dacă modelul grupului Klayhouse este adevărat, valoarea găurilor de vierme pentru umanitate este redusă drastic. La urma urmei, ele nu oferă o tranziție unică către alte lumi. Deși, bineînțeles, proprietățile lor ar trebui încă studiate - dintr-o dată vor veni la îndemână pentru altceva...