Veda

Nedávno vydaný vizuálne pohlcujúci film „Interstellar“ je založený na skutočných vedeckých konceptoch ako napr točenie čiernych dier, červích dier a expanzia času.

Ak však tieto pojmy nepoznáte, možno budete pri sledovaní trochu zmätení.

Vo filme ide tím vesmírnych prieskumníkov do extragalaktické cestovanie cez červiu dieru. Na druhej strane vstupujú do inej slnečnej sústavy s rotujúcou čiernou dierou namiesto hviezdy.

Sú v pretekoch s priestorom a časom, aby dokončili svoju misiu. Takéto cestovanie vesmírom sa môže zdať trochu mätúce, no vychádza zo základných princípov fyziky.

Tu sú hlavné 5 pojmov fyzikyčo potrebujete vedieť, aby ste pochopili „Interstellar“:

umelá gravitácia

najviac veľký problém s ktorým sa my ľudia stretávame pri dlhodobom cestovaní vesmírom je stav beztiaže. Narodili sme sa na Zemi a naše telo sa prispôsobilo určitým gravitačným podmienkam, ale keď sme vo vesmíre dlho, naše svaly začnú ochabovať.

S týmto problémom čelia aj postavy vo filme „Interstellar“.

Aby sa s tým vedci vyrovnali, vytvárajú umelá gravitácia vo vesmírnych lodiach. Jedným zo spôsobov, ako to urobiť, je točiť vesmírna loď, ako vo filme. Rotácia vytvára odstredivá sila, ktorý tlačí predmety smerom k vonkajším stenám lode. Toto odpudzovanie je podobné gravitácii, len v opačný smer.

Táto forma umelej gravitácie je to, čo zažijete, keď jazdíte okolo oblúka s malým polomerom a máte pocit, že vás tlačia von, preč zo stredu krivky. V rotujúcej vesmírnej lodi sa steny pre vás stanú podlahou.

Otáčajúca sa čierna diera vo vesmíre

Astronómovia, aj keď nepriamo, pozorovali v našom vesmíre točenie čiernych dier. Nikto nevie, čo je v strede čiernej diery, ale vedci pre to majú názov -jedinečnosť .

Rotujúce čierne diery deformujú priestor okolo seba inak ako stacionárne čierne diery.

Tento proces skreslenia sa nazýva „zotrvačné ťahanie snímky“ alebo Lense-Thirringov efekt a ovplyvňuje to, ako bude vyzerať čierna diera, deformovaním priestoru, a čo je dôležitejšie aj priestoročasu okolo nej. Stačí čierna diera, ktorú vidíte vo filmeveľmi blízko vedeckému konceptu.

• Kozmická loď Endurance mieri na Gargantua - fiktívna supermasívna čierna diera 100 miliónov násobok hmotnosti Slnka.
• Leží 10 miliárd svetelných rokov od Zeme a obieha okolo neho niekoľko planét. Gargantua sa točí úžasnou rýchlosťou 99,8 percenta rýchlosti svetla.
• Akréčny disk Garagantuy obsahuje plyn a prach s teplotou povrchu Slnka. Disk zásobuje planéty Gargantua svetlom a teplom.

Zložitý vzhľad čiernej diery vo filme je spôsobený skutočnosťou, že obraz akrečného disku je deformovaný gravitačnou šošovkou. Na obrázku sa objavujú dva oblúky: jeden je vytvorený nad čiernou dierou a druhý pod ňou.

Krtkova diera

Červí diera alebo červia diera, ktorú používa štáb v Interstellar, je jedným z javov vo filme ktorých existencia nebola preukázaná. Je to hypotetické, ale veľmi výhodné v zápletkách sci-fi príbehov, kde musíte prekonať veľkú vesmírnu vzdialenosť.

Červí diery sú len akýmsi druhom najkratšia cesta vesmírom. Akýkoľvek predmet s hmotnosťou vytvára dieru v priestore, čo znamená, že priestor môže byť natiahnutý, deformovaný a dokonca aj zložený.

Červí diera je ako záhyb v štruktúre priestoru (a času), ktorý spája dve veľmi vzdialené oblasti, čo pomáha vesmírnym cestovateľom. cestovať na veľkú vzdialenosť v krátkom čase.

Oficiálny názov červej diery je „Einstein-Rosen Bridge“, pretože ho prvýkrát navrhli Albert Einstein a jeho kolega Nathan Rosen v roku 1935.

• V 2D diagramoch je ústa červej diery znázornená ako kruh. Ak by sme však videli červiu dieru, vyzerala by ako guľa.
• Na povrchu gule by bol viditeľný gravitačne skreslený pohľad na vesmír z druhej strany „nory“.
• Rozmery červej diery vo filme sú 2 km v priemere a prenosová vzdialenosť je 10 miliárd svetelných rokov.

Gravitačná dilatácia času

Gravitačná dilatácia času je skutočný fenomén pozorované na zemi. Vzniká preto čas týkajúci sa. To znamená, že to plynie inak pre rôzne systémy súradnice.

Keď ste v silnom gravitačnom prostredí, čas ti plynie pomalšie v porovnaní s ľuďmi v slabom gravitačnom prostredí.

Krtkova diera. Čo je to "Červí diera"?

Hypotetická „Červí diera“, ktorá sa tiež nazýva „krtná diera“ alebo „Červí diera“ ( doslovný preklad Wormhole) je druh časopriestorového tunela, ktorý umožňuje objektu pohybovať sa z bodu a do bodu b vo vesmíre nie po priamke, ale po priestore. V prípade, že je to jednoduchšie, vezmite akýkoľvek papier, zložte ho na polovicu a prepichnite, výsledná diera bude rovnaká červia diera
. Existuje teda teória, že priestor vo vesmíre môže byť podmienene tým istým listom papiera, pozor, iba upraveným pre tretiu dimenziu. Rôzni vedci vyvodzujú hypotézy, že vďaka červím dieram je možné cestovať v priestore - čase. Ale zároveň nikto presne nevie, aké nebezpečenstvo môžu červie diery predstavovať a čo sa v skutočnosti môže nachádzať na ich druhej strane.

teória červích dier.
V roku 1935 fyzici Albert Einstein a Nathan Rosen pomocou všeobecnej teórie relativity navrhli, že vo vesmíre existujú špeciálne „mosty“ cez časopriestor. Tieto cesty, nazývané Einstein-Rosenove mosty (alebo červie diery), spájajú dva úplne odlišné body v časopriestore tým, že teoreticky vytvárajú zakrivenie v priestore, ktoré skracuje cestu z jedného bodu do druhého.

Opäť, hypoteticky, akákoľvek červia diera pozostáva z dvoch vchodov a hrdla (teda rovnakého tunela. V tomto prípade s najväčšou pravdepodobnosťou majú vchody pri červej diere guľovitý tvar a hrdlo môže predstavovať tak priamy segment priestoru, ako aj špirálovitá.

Cestovanie cez červiu dieru.

Prvým problémom, ktorý bude stáť v ceste možnosti takéhoto cestovania, je veľkosť červích dier. Verí sa, že úplne prvé červie diery boli veľmi malá veľkosť, asi 10-33 centimetrov, no v dôsledku rozpínania vesmíru sa stalo možné, že sa spolu s tým rozťahovali a zväčšovali aj samotné červie diery. Ďalším problémom červích dier je ich stabilita. Alebo skôr nestabilita.

Ako vysvetľuje Einstein-Rosenova teória, červie diery budú na cestovanie časopriestorom nepoužiteľné, pretože sa veľmi rýchlo zrútia (uzatvoria). No novší výskum týchto otázok naznačuje prítomnosť „exotickej hmoty“, ktorá umožňuje, aby si diery zachovali svoju štruktúru. dlhšie časové obdobie.

Ale aj tak teoretická veda verí, že ak budú červie diery obsahovať dostatočné množstvo tejto exotickej energie, ktorá sa buď objavila prirodzene, alebo sa objaví umelo, potom bude možné prenášať informácie alebo dokonca predmety cez časopriestor.

Rovnaké hypotézy naznačujú, že červie diery môžu spájať nielen dva body v rámci jedného vesmíru, ale môžu byť aj vstupom do iných. Niektorí vedci sa domnievajú, že ak sa jeden vchod do červej diery posunie určitým spôsobom, potom bude možné cestovať v čase. Ale napríklad slávny britský kozmológ Stephen Hawking verí, že takéto použitie červích dier je nemožné.

Avšak, niektoré vedecké mysle trvať na tom, že ak je stabilizácia červích dier exotickou hmotou skutočne možná, ľudia budú môcť bezpečne cestovať cez takéto červie diery. A vzhľadom na "Obyčajnú" záležitosť, ak je to žiaduce a potrebné, môžu byť takéto portály destabilizované späť.

Podľa teórie relativity sa nič nemôže hýbať rýchlejšie ako svetlo. Takže z toho sa nedá nič dostať gravitačné pole, udrie to. Oblasť vesmíru, z ktorej niet cesty von, sa nazýva čierna diera. Jeho hranica je určená dráhou svetelných lúčov, ktoré ako prvé prišli o možnosť preraziť. Nazýva sa horizont udalostí čiernej diery. Príklad: pri pohľade z okna nevidíme, čo je za horizontom, a podmienený pozorovateľ nemôže pochopiť, čo sa deje vo vnútri hraníc neviditeľnej mŕtvej hviezdy.

Fyzici našli známky existencie iného vesmíru

Viac

Existuje päť typov čiernych dier, ale nás zaujíma čierna diera s hviezdnou hmotnosťou. Takéto objekty vznikajú v záverečnej fáze života nebeského telesa. Vo všeobecnosti môže smrť hviezdy viesť k nasledujúcim veciam:

1. Zmení sa na veľmi hustú vyhasnutú hviezdu pozostávajúcu z množstva chemických prvkov - toto je biely trpaslík;

2. Na neutrónovú hviezdu - má približnú hmotnosť Slnka a polomer asi 10-20 kilometrov, vo vnútri sa skladá z neutrónov a iných častíc a vonku je uzavretá v tenkom, ale pevnom obale;

3. Do čiernej diery, gravitačná príťažlivosť ktorý je taký veľký, že dokáže nasávať predmety letiace rýchlosťou svetla.

Pri výskyte supernovy, teda „znovuzrodenia“ hviezdy, vzniká čierna diera, ktorú je možné odhaliť len vďaka vyžarovanému žiareniu. Je to ona, ktorá je schopná vytvoriť červiu dieru.

Ak si čiernu dieru predstavíme ako lievik, potom objekt, ktorý do nej spadne, stratí horizont udalostí a spadne dovnútra. Kde je teda červia diera? Nachádza sa presne v tom istom lieviku, pripojenom k ​​tunelu čiernej diery, kde východy smerujú von. Vedci sa domnievajú, že druhý koniec červej diery je spojený s bielou dierou (antipódom čiernej, do ktorého nemôže nič spadnúť).

Krtkova diera. Čierne diery Schwarzschild a Reisner-Nordström

Schwarzschildova čierna diera môže byť považovaná za nepreniknuteľnú červiu dieru. Čo sa týka čiernej diery Reisner-Nordström, je to o niečo komplikovanejšie, ale tiež nepriechodné. Napriek tomu nie je také ťažké vymyslieť a opísať štvorrozmerné červie diery vo vesmíre, ktorými by sa dalo prejsť. Stačí si vybrať typ metriky, ktorý potrebujete. Metrický tenzor alebo metrika je súbor hodnôt, ktoré možno použiť na výpočet štvorrozmerných intervalov, ktoré existujú medzi bodmi udalostí. Tento súbor veličín plne charakterizuje tak gravitačné pole, ako aj geometriu časopriestoru. Geometricky priechodné červie diery vo vesmíre sú ešte jednoduchšie ako čierne diery. Nemajú horizonty, ktoré by postupom času viedli ku kataklizmám. AT rôzne bodyčas môže plynúť iné tempo, ale nesmie sa donekonečna zastavovať ani zrýchľovať.

Pulsars: The Beacon Factor

Pulzar je v podstate rýchlo rotujúca neutrónová hviezda. Neutrónová hviezda je vysoko kompaktné jadro mŕtvej hviezdy, ktoré zostalo po výbuchu supernovy. Táto neutrónová hviezda má silné magnetické pole. Toto magnetické pole je asi biliónkrát silnejšie. magnetické pole Zem. Magnetické pole spôsobuje, že neutrónová hviezda vyžaruje silné rádiové vlny a rádioaktívne častice zo svojich severných a južných pólov. Tieto častice môžu zahŕňať rôzne žiarenia, vrátane viditeľného svetla.

Pulzary, ktoré vyžarujú silné gama lúče, sú známe ako gama pulzary. Ak je neutrónová hviezda umiestnená svojim pólom smerom k Zemi, potom môžeme vidieť rádiové vlny zakaždým, keď jeden z pólov spadne do nášho predzvesti. Tento efekt je veľmi podobný efektu majáku. Stacionárnemu pozorovateľovi sa zdá, že svetlo rotujúceho majáka neustále bliká, potom mizne a potom sa znova objavuje. Rovnakým spôsobom sa zdá, že pulzar bliká, keď otáča svoje póly vzhľadom na Zem. Rôzne pulzary vysielajú impulzy rôznymi rýchlosťami v závislosti od ich veľkosti a hmotnosti. neutrónová hviezda. Niekedy môže mať pulzar spoločníka. V niektorých prípadoch dokáže prilákať svojho spoločníka, vďaka čomu sa otáča ešte rýchlejšie. Najrýchlejšie pulzary dokážu vyslať viac ako sto impulzov za sekundu.

Hypotetická „červí diera“, ktorá sa tiež nazýva „červí diera“ alebo „červí diera“ (doslovný preklad červej diery) je druh časopriestorového tunela, ktorý umožňuje objektu pohybovať sa z bodu A do bodu B vo vesmíre, ktorý nie je vo vesmíre. priamka, ale okolo priestoru. Ak je to jednoduchšie, vezmite si akýkoľvek papier, zložte ho na polovicu a prepichnite, výsledná diera bude rovnaká červia diera. Existuje teda teória, že priestor vo vesmíre môže byť podmienene tým istým listom papiera, len upraveným pre tretiu dimenziu. Rôzni vedci vyvodzujú hypotézy, že vďaka červím dieram je možné cestovať v časopriestore. Ale zároveň nikto presne nevie, aké nebezpečenstvo môžu červie diery predstavovať a čo sa v skutočnosti môže nachádzať na ich druhej strane.

Teória červích dier

V roku 1935 fyzici Albert Einstein a Nathan Rosen pomocou všeobecnej teórie relativity navrhli, že vo vesmíre existujú špeciálne „mosty“ cez časopriestor. Tieto cesty, nazývané Einstein-Rosenove mosty (alebo červie diery), spájajú dva úplne odlišné body v časopriestore tým, že teoreticky vytvárajú deformáciu v priestore, ktorá skracuje cestu z jedného bodu do druhého.

Opäť, hypoteticky, akákoľvek červia diera pozostáva z dvoch vchodov a krku (teda rovnakého tunela). V tomto prípade sú vstupy do červej diery s najväčšou pravdepodobnosťou guľovitého tvaru a krk môže predstavovať rovný segment priestoru aj špirálový.

Všeobecná teória relativity matematicky dokazuje pravdepodobnosť existencie červích dier, no zatiaľ žiadnu z nich človek neobjavil. Ťažkosti pri jeho detekcii spočívajú v tom, že údajná obrovská masa červích dier a gravitačné efekty jednoducho pohlcujú svetlo a bránia jeho odrazu.

Niekoľko hypotéz založených na všeobecnej teórii relativity naznačuje existenciu červích dier, kde čierne diery zohrávajú úlohu vstupu a výstupu. Ale stojí za zváženie, že vzhľad samotných čiernych dier, vytvorených výbuchom umierajúcich hviezd, v žiadnom prípade nevytvára červiu dieru.

Cesta cez červiu dieru

V sci-fi nie je nezvyčajné, že protagonisti cestujú cez červie diery. V skutočnosti však takáto cesta nie je ani zďaleka taká jednoduchá, ako sa ukazuje vo filmoch a rozpráva vo fantasy literatúre.

Prvým problémom, ktorý bude stáť v ceste možnosti takéhoto cestovania, je veľkosť červích dier. Predpokladá sa, že úplne prvé červie diery boli veľmi malé, rádovo 10-33 centimetrov, ale v dôsledku expanzie vesmíru bolo možné, že sa samotné červie diery rozširovali a zväčšovali spolu s ním. Ďalším problémom červích dier je ich stabilita. Alebo skôr nestabilita.

Červí diery vysvetlené Einsteinovou-Rosenovou teóriou budú pre cestovanie v časopriestore zbytočné, pretože sa veľmi rýchlo zrútia (uzatvoria). No novšie štúdie o týchto problémoch naznačujú prítomnosť „exotickej hmoty“, ktorá umožňuje norám zachovať si svoju štruktúru dlhší čas.

Nezamieňajte si s čiernou hmotou a antihmotou, táto exotická hmota sa skladá z energie negatívnej hustoty a kolosálneho podtlaku. Zmienka o takejto hmote je prítomná len v niektorých teóriách vákua v rámci kvantovej teórie poľa.

Napriek tomu teoretická veda verí, že ak červie diery obsahujú dostatok tejto exotickej energie, či už prirodzene sa vyskytujúcej alebo umelo generovanej, potom bude možné prenášať informácie alebo dokonca predmety cez časopriestor.

Rovnaké hypotézy naznačujú, že červie diery môžu spájať nielen dva body v rámci jedného vesmíru, ale môžu byť aj vstupom do iných. Niektorí vedci sa domnievajú, že ak sa jeden vchod do červej diery posunie určitým spôsobom, potom bude možné cestovať v čase. Ale napríklad slávny britský kozmológ Stephen Hawking verí, že takéto použitie červích dier je nemožné.

Napriek tomu niektoré vedecké mysle trvajú na tom, že ak je stabilizácia červích dier exotickou hmotou skutočne možná, ľudia budú môcť bezpečne cestovať cez takéto červie diery. A vzhľadom na "obyčajnú" záležitosť, ak je to žiaduce a potrebné, môžu byť takéto portály destabilizované späť.

Žiaľ, dnešné technológie ľudstva nestačia na to, aby sa červie diery umelo zväčšovali a stabilizovali, v prípade, že sa predsa len nájdu. Vedci však pokračujú v skúmaní konceptov a metód pre rýchle cestovanie vesmírom a možno raz veda príde na to správne riešenie.

Video Červí diera: dvere cez zrkadlo

Fanúšikovia sci-fi dúfajú, že ľudstvo bude môcť jedného dňa cestovať do vzdialených končín vesmíru cez červiu dieru.

Červí diera je teoretický tunel cez časopriestor, ktorý potenciálne umožní rýchlejšie cestovanie medzi vzdialenými bodmi vo vesmíre – napríklad z jednej galaxie do druhej, ako sa ukázalo vo filme Christophera Nolana „Interstellar“, ktorý bol uvedený v kinách po celom svete. začiatkom tohto mesiaca.

Zatiaľ čo existencia červích dier je podľa Einsteinovej všeobecnej teórie relativity možná, takéto exotické cestovanie v regióne pravdepodobne zostane. sci-fi, povedal slávny astrofyzik Kip Thorne z Kalifornie Technologický inštitút v Pasadene, ktorý pôsobil ako poradca a výkonný producent na Interstellar.

„Ide o to, že o nich jednoducho nič nevieme,“ povedal Thorne, ktorý je jedným z popredných svetových odborníkov na teóriu relativity, čiernych dier a červích dier. „Ale sú veľmi silné znakyže cez ne človek podľa fyzikálnych zákonov nebude môcť cestovať.

"Hlavný dôvod súvisí s nestabilitou červích dier," dodal. "Steny červích dier sa rúcajú tak rýchlo, že sa cez ne nič nedostane."

Udržiavanie otvorených červích dier si bude vyžadovať použitie niečoho antigravitačného, ​​konkrétne negatívnej energie. negatívna energia bol vytvorený v laboratóriu pomocou kvantové efekty: jedna oblasť priestoru prijíma energiu inej oblasti, v ktorej sa tvorí deficit.

"Takže je to teoreticky možné," povedal. „Ale nikdy nemáme dosť negatívna energia, ktorý bude schopný udržať steny červej diery otvorené.“

Taktiež červie diery (ak vôbec existujú) sa takmer určite nemôžu vytvárať prirodzene. To znamená, že musia byť vytvorené s pomocou vyspelej civilizácie.

Presne toto sa stalo v "Interstellar": Tajomné stvorenia postavili pri Saturne červiu dieru, čo umožnilo malej skupine priekopníkov na čele s bývalým farmárom Cooperom (hrá ho Matthew McConaughey) vydať sa hľadať nový domov pre ľudstvo, ktorého existenciu na Zemi ohrozuje celosvetová neúroda.

Záujemcovia o príjem Ďalšie informácie o vede vo filme „Interstellar“, ktorý sa zaoberá otázkami o spomaľovaní gravitácie a zobrazuje niekoľko cudzích planét obiehajúcich okolo jednej tesne vedľa seba, si môžete prečítať nová kniha Tŕň, ktorý sa volá jednoznačne „Veda z Interstellaru“.

Kde je červia diera. Červí diery vo všeobecnej teórii relativity

(GR) umožňuje existenciu takýchto tunelov, aj keď pre existenciu priechodnej červej diery je potrebné, aby bola vyplnená negatívnou, ktorá vytvára silné gravitačné odpudzovanie a zabraňuje zrúteniu diery. Riešenia typu červej diery vznikajú v rôzne možnosti, aj keď až úplné štúdium otázka je ešte veľmi ďaleko.

Oblasť v blízkosti najužšej časti krtinca sa nazýva „hrdlo“. Červí diery sa delia na „vnútrovesmírne“ a „medzivesmírne“, podľa toho, či je možné prepojiť jej vstupy krivkou, ktorá nepretína krk.

Sú tu aj priechodné (prejazdné) a nepriechodné krtince. Tie zahŕňajú tie tunely, ktoré sú príliš rýchle na to, aby sa pozorovateľ alebo signál (s rýchlosťou nepresahujúcou rýchlosť svetla) dostal z jedného vchodu do druhého. Klasický príklad nepriechodný krtinec - v, a priechodný -.

Prechodná vnútrosvetová červia diera poskytuje hypotetickú možnosť, ak sa napríklad jeden z jej vchodov pohybuje relatívne voči druhému, alebo ak je v silnom, kde sa plynutie času spomaľuje. Červí diera môže tiež hypoteticky vytvoriť príležitosť medzihviezdne cestovanie, a v tejto funkcii sa krtince často nachádzajú v.

Vesmírne červie diery. Cez „krtince“ – ku hviezdam?

Bohužiaľ, praktické využitie "červích dier" na dosah vzdialené vesmírne objekty zatiaľ sa nehovorí. Ich vlastnosti, odrody, miesta možného umiestnenia sú zatiaľ známe iba teoreticky - aj keď, vidíte, je to už dosť veľa. Koniec koncov, máme veľa príkladov, ako teoretické konštrukcie, ktoré sa zdali čisto špekulatívne, viedli k vzniku nových technológií, ktoré radikálne zmenili život ľudstva. Jadrová energia, počítače, mobilná komunikácia, genetické inžinierstvo... ale nikdy neviete, čo ešte?
Medzitým je známe nasledovné o „červích dierach“ alebo „červích dierach“. V roku 1935 Albert Einstein a americko-izraelský fyzik Nathan Rosen navrhli existenciu akýchsi tunelov spájajúcich rôzne vzdialené oblasti vesmíru. Vtedy sa ešte nenazývali „červími dierami“ alebo „krtovými dierami“, ale jednoducho – „Einstein-Rosenovými mostami“. Keďže takéto mosty vyžadovali pre vznik takýchto mostov veľmi silné zakrivenie priestoru, doba ich existencie bola veľmi krátka. Nikto a nič by takýto most nestihlo „prebehnúť“ – vplyvom gravitácie sa takmer okamžite „zrútil“.
A preto zostal v praktickom zmysle úplne zbytočný, hoci zábavným dôsledkom všeobecnej teórie relativity.
Neskôr sa však objavili myšlienky, že nejaké interdimenzionálne tunely by mohli existovať dostatočne dlho- za predpokladu, že sú naplnené nejakou exotickou hmotou s negatívnou hustotou energie. Takáto hmota vytvorí namiesto príťažlivosti gravitačné odpudzovanie a tým zabráni „kolapsu“ kanála. Potom sa objavil názov „červí diera“. Mimochodom, naši vedci uprednostňujú názov „krtinec“ alebo „červí diera“: význam je rovnaký, ale znie oveľa krajšie ...
Americký fyzik John Archibald Wheeler (1911-2008), ktorý rozvíja teóriu „červích dier“, navrhol, aby boli preniknuté elektrické pole; Navyše, samotné elektrické náboje sú v skutočnosti krčkami mikroskopických „červích dier“. Ruský astrofyzik akademik Nikolaj Semjonovič Kardashev verí, že „červí diery“ môžu dosiahnuť gigantické veľkosti a že v strede našej Galaxie vôbec nie sú masívne čierne diery, ale ústia takýchto „dier“.
Z praktického hľadiska budú pre budúcich vesmírnych cestovateľov zaujímavé „červí diery“, ktoré sú pomerne dlho udržiavané v stabilnom stave a navyše sú vhodné, aby nimi preleteli kozmické lode.
Američania Kip Thorne a Michael Morris vytvorili teoretický model takýchto kanálov. Ich stabilitu však zaisťuje „exotická hmota“, o ktorej sa vlastne nič nevie a do ktorej je azda lepšie pre pozemskú techniku ​​ani nezasahovať.
Ale ruskí teoretici Sergej Krasnikov z Pulkovo observatórium a Sergey Sushkov z Kazanskej federálnej univerzity predložili myšlienku, že stabilitu červej diery možno dosiahnuť bez akejkoľvek negatívnej hustoty energie, ale jednoducho vďaka polarizácii vákua v „diere“ (takzvaný Sushkov mechanizmus).
Vo všeobecnosti teraz existuje celý rad teórií „červích dier“ (alebo, ak chcete, „červích dier“). Veľmi všeobecná a špekulatívna klasifikácia ich delí na „priechodné“ – stabilné, Morrisovo – Thornove červie diery a nepriechodné – Einsteinovo – Rosenove mosty. Okrem toho sa červie diery líšia svojou mierkou – od mikroskopických po gigantické, veľkosťou porovnateľné s galaktickými „čiernymi dierami“. A nakoniec, podľa ich účelu: „vnútrovesmír“, ktorý spája rôzne miesta toho istého zakriveného vesmíru a „medzisvet“ (medzivesmír), čo vám umožňuje dostať sa do iného časopriestorového kontinua.

Gravitácia [Od krištáľových gúľ po červie diery] Petrov Alexander Nikolaevič

Červími dierami

Červími dierami

Krtko nedávno vykopal novú dlhú galériu pod zemou od svojho príbytku až po dvere poľnej myši a dovolil myši a dievčaťu chodiť v tejto galérii, ako dlho chceli.

Hans Christian Andersen "Thumbelina"

Myšlienka červích dier patrí Albertovi Einsteinovi a Nathanovi Rosenovi (1909-1995). V roku 1935 ukázali, že všeobecná relativita umožňuje takzvané „mosty“ – prechody v priestore, cez ktoré sa dá, zdalo by sa, oveľa rýchlejšie ako obvyklým spôsobom dostať sa z jednej časti vesmíru do druhej, alebo z jedného vesmíru do druhého. Ale "most" Einstein - Rosen je dynamický objekt, po preniknutí pozorovateľa do neho sú výstupy komprimované.

Je možné obrátiť kompresiu? Ukazuje sa, že môžete. Na tento účel je potrebné vyplniť priestor „mostu“ špeciálnou látkou, ktorá zabraňuje stlačeniu. Takéto "mosty" sa nazývajú červie diery, v anglickej verzii - červích dier(červích dier).

špeciálne materiál červích dier a obvyklé sa líšia v tom, že sa „pretláčajú“ časopriestorom rôznymi spôsobmi. Pri bežnej hmote jej zakrivenie (kladné) pripomína časť povrchu gule a pri špeciálnej hmote zakrivenie (negatívne) zodpovedá tvaru povrchu sedla. Na obr. 8.6 schematicky znázorňuje 2-rozmerné priestory negatívneho, nulového (plochého) a pozitívneho zakrivenia. Preto je na deformáciu časopriestoru, ktorá nedovolí červej diere zmenšiť, potrebná exotická hmota, ktorá vytvára odpudivosť. Klasické (nie kvantové) zákony fyziky takéto stavy hmoty vylučujú, ale kvantové zákony, flexibilnejšie, povoliť. Exotická hmota bráni vytvoreniu horizontu udalostí. A nedostatok horizontu znamená, že môžete nielen spadnúť do červej diery, ale aj vrátiť sa. Absencia horizontu udalostí vedie aj k tomu, že cestovateľ, fanúšik červích dier, je vždy k dispozícii teleskopom vonkajších pozorovateľov a možno s ním udržiavať rádiový kontakt.

Ryža. 8.6. Dvojrozmerné povrchy rôzneho zakrivenia

Ak si predstavíme, ako vznikajú čierne diery, tak ako vznikajú „červí diery“. modernej dobe a či vôbec vznikajú, je úplne nejasné. Na druhej strane v súčasnosti existuje takmer všeobecne uznávaný názor, že v ranom štádiu vývoja vesmíru bolo veľa červích dier. Predpokladá sa, že predtým veľký tresk(o čom budeme diskutovať v ďalšej kapitole), pred expanziou bol vesmír časopriestorovou penou s veľmi veľkými fluktuáciami zakrivenia, zmiešanou so skalárnym poľom. Penové bunky boli vzájomne prepojené. A po Veľkom tresku by tieto bunky mohli zostať spojené, čo môžu byť červie diery v našej dobe. O tomto type modelu sa hovorilo vo Wheelerových publikáciách v polovici 50. rokov 20. storočia.

Ryža. 8.7, Červí diera v uzavretom vesmíre

Existuje teda zásadná možnosť vstúpiť do červej diery a vyjsť von v inom bode vesmíru alebo v inom vesmíre (obr. 8.7). Ak sa dostatočne používa výkonný ďalekohľad Pozrite sa cez krk vnútri červej diery, môžete vidieť svetlo dávnej minulosti a dozvedieť sa o udalostiach, ktoré sa stali pred niekoľkými miliardami rokov. Signál z miesta pozorovania by sa totiž mohol dlho túlať po vesmíre opačná strana vstúpte do červej diery a vyjdite z pozorovacieho bodu. A ak červie diery skutočne vznikli súčasne so zrodom vesmíru, potom v takomto tuneli môžete vidieť najvzdialenejšiu minulosť.

Z pozície cestovania v čase dvaja známi vedci, uznávaní odborníci na štúdium čiernych dier, Kip Thorne z Kalifornského technologického inštitútu a Igor Novikov z Astrokozmického centra Lebedevovho fyzikálneho inštitútu, publikovali sériu článkov na začiatku 80. rokov obhajoval zásadnú možnosť vytvorenia stroja času.

Ak si však spomeniete na fantasy romány na túto tému, každý z nich uvádza, že cestovanie v čase bude pravdepodobne deštruktívne. Vo vážnej teórii sa ukazuje, že žiadne deštruktívne akcie s pomocou stroja času Thorna a Novikova nie sú nemožné. Kauzálne vzťahy nie sú porušené, všetky udalosti sa dejú tak, že sa nedajú zmeniť – určite sa nájde prekážka, ktorá zabráni cestovateľovi v čase zabiť „Bradbury Butterfly“.

Vstup do červej diery môže byť najviac rôzne veľkosti, neexistujú žiadne obmedzenia – od kozmických mierok až po veľkosť, doslova, zrniek piesku. Keďže červia diera je akýmsi príbuzným čiernej diery, nemali by ste v jej štruktúre hľadať ďalšie rozmery. Ak je toto niekam posun, tak v jazyku geometrie ide o komplexnú topológiu. Položme si otázku. Ako nájsť červiu dieru? Opäť si pamätajte, že ide o príbuzného čiernej diery, takže blízko časopriestoru by mal byť silne zakrivený. Prejavy (pozorovateľné a nepozorovateľné) takéhoto zakrivenia boli diskutované vyššie. Sú však možné modely červích dier, pre ktoré neexistuje lokálne zakrivenie. Pri približovaní sa k takejto „diere“ pozorovateľ nič nezažije, no ak o ňu narazí, spadne ako z útesu. Ale takéto modely sú najmenej preferované, vznikajú rôzne rozpory a preháňania.

Nedávno skupina našich vedcov - Nikolaj Kardashev, Igor Novikov a Alexander Shatsky - dospela k záveru, že vlastnosti exotickej hmoty, ktorá podporuje červiu dieru, sú veľmi podobné vlastnostiam magnetických alebo elektrických polí. Výsledkom výskumu sa ukázalo, že vstup do tunela bude veľmi podobný magnetickému monopólu, teda magnetu s jedným pólom. V prípade červích dier neexistuje skutočný monopol: jeden krk červej diery má magnetické pole jedného znamenia a druhý má iné znamenie, iba druhý krk môže byť v inom vesmíre. Tak či onak, ale magnetické monopóly vo vesmíre doteraz neboli objavené, hoci ich pátranie stále prebieha. Ale v skutočnosti hľadajú elementárne častice s takouto vlastnosťou. V prípade červích dier je potrebné hľadať veľké magnetické monopóly.

Jednou z úloh nedávno spusteného medzinárodného observatória „RadioAstron“ je práve hľadanie takýchto monopolov. Tu je to, čo projektový manažér Nikolai Kardashev hovorí v jednom zo svojich rozhovorov:

„S týmito observatóriami sa pozrieme do čiernych dier a uvidíme, či sú to červie diery. Ak sa ukáže, že vidíme len oblaky plynu prechádzať okolo a pozorujeme rôzne efekty spojené s gravitáciou čiernej diery, napríklad zakrivenie trajektórie svetla, potom to bude čierna diera. Ak uvidíme rádiové vlny prichádzajúce zvnútra, bude jasné, že nejde o čiernu dieru, ale o červiu dieru. Zostavme si obraz magnetického poľa pomocou Faradayovho efektu. Doteraz tomu chýbalo povolenie pozemné teleskopy. A ak sa ukáže, že magnetické pole zodpovedá monopólu, potom je to takmer určite „červí diera“. Najprv však musíte vidieť.

…Po prvé, navrhujeme preskúmať supermasívne čierne diery v centrách našich a blízkych galaxií. Pre nás je to veľmi kompaktný objekt s hmotnosťou 3 milióny slnečné hmoty. Myslíme si, že je to čierna diera, ale môže to byť aj červia diera. Existujú objekty ešte grandióznejšie. Najmä v centre najbližšie k nám od masívne galaxie M 87 v súhvezdí Panna je čierna diera s hmotnosťou 3 miliardy sĺnk. Tieto objekty patria medzi najdôležitejšie pre výskum RadioAstronom. Ale nielen oni. Existujú napríklad niektoré pulzary, ktoré môžu byť dvomi vchodmi do tej istej „červej diery“. A tretí typ objektov – záblesky gama žiarenia, na ich mieste je aj krátkodobé optické a rádiové vyžarovanie. Pozorujeme ich z času na čas aj na veľmi veľké vzdialenosti – ako pri najvzdialenejších viditeľných galaxiách. Sú veľmi mocní a my ešte úplne nerozumieme, čo sú zač. Vo všeobecnosti je teraz pripravený katalóg tisíc objektov na pozorovanie.“

červia diera - 1) astrofyzik. Najdôležitejší koncept moderná astrofyzika a praktická kozmológia. "Červí diera" alebo "krtná diera" je transpriestorový priechod, ktorý spája čiernu dieru a jej zodpovedajúcu bielu dieru.

Astrofyzikálna „červí diera“ prepichne priestor poskladaný v ďalších dimenziách a umožní vám pohybovať sa skutočným svetom. skratka medzi hviezdnymi systémami.

Štúdie vykonané s použitím obežný ďalekohľad Hubbleov teleskop ukázal, že každá čierna diera je vstupom do „červej diery“ (pozri Hubblov zákon). Jedna z najväčších dier sa nachádza v strede našej galaxie. Teoreticky sa ukázalo (1993), že slnečná sústava pochádza z tejto centrálnej diery.

Podľa moderných konceptov je pozorovateľná časť vesmíru doslova celá posiata „červími dierami“, ktoré idú „tam a späť“. Verí tomu veľa popredných astrofyzikov cestovanie cez „červí diery“ je budúcnosťou medzihviezdnej astronautiky. "

Všetci sme zvyknutí, že minulosť sa nedá vrátiť, hoci niekedy veľmi chceme. Spisovatelia sci-fi maľujú viac ako storočie iný druh incidenty, ktoré vznikajú vďaka schopnosti cestovať v čase a ovplyvňovať chod dejín. Navyše sa táto téma ukázala ako taká pálčivá, že na konci minulého storočia začali aj fyzici ďaleko od rozprávok seriózne hľadať také riešenia rovníc, ktoré popisujú náš svet, ktoré by umožnili vytvárať stroje času a bez mihnutia oka oka prekonať akýkoľvek priestor a čas.

Fantasy romány opisujú celé dopravných sietí prepojenie hviezdnych sústav a historické éry. Vkročil som do búdky štylizovanej povedzme ako telefónna búdka a skončil som niekde v hmlovine Andromeda alebo na Zemi, ale - na návšteve dávno vyhynutých tyranosaurov.

Postavy takýchto diel neustále využívajú nulovú prepravu stroja času, portálov a podobných pohodlných zariadení.

Fanúšikovia sci-fi však takéto výlety vnímajú bez väčšej trémy – nikdy neviete, čo sa dá vymyslieť, odkazujúce realizáciu vynájdeného do neistej budúcnosti alebo na postrehy neznámeho génia. Oveľa prekvapivejší je fakt, že o strojoch času a tuneloch vo vesmíre sa celkom vážne diskutuje ako hypoteticky možné v článkoch o teoretickej fyziky, na stránkach najuznávanejších vedeckých publikácií.

Odpoveď spočíva v tom, že podľa Einsteinovej teórie gravitácie – všeobecnej teórie relativity (GR) je štvorrozmerný časopriestor, v ktorom žijeme, zakrivený a gravitácia, ktorá je každému známa, je prejavom takéhoto zakrivenie.

Hmota sa „ohýba“, krúti priestor okolo seba a čím je hustejšia, tým je zakrivenie silnejšie.

Početné alternatívne teórie gravitácia, ktorej počet ide do stoviek, ktorá sa v detailoch líši od všeobecnej relativity, si zachováva hlavnú vec - myšlienku zakrivenia časopriestoru. A ak je priestor zakrivený, tak prečo nevziať napríklad tvar potrubia, skratové oblasti oddelené stovkami tisíc svetelných rokov alebo, povedzme, éry ďaleko od seba - koniec koncov rozprávame sa nielen o priestore, ale aj o časopriestore?

Pamätajte na Strugackých (ktorí sa, mimochodom, uchýlili k nulovej doprave): „Absolútne nechápem, prečo by šľachtický don nemal ...“ - povedzme, neletieť do XXXII storočia? ...

Červí diery alebo čierne diery?

Úvahy o takomto silnom zakrivení nášho časopriestoru vznikli hneď po nástupe všeobecnej teórie relativity – už v roku 1916 rakúsky fyzik L. Flamm diskutoval o možnosti existencie priestorovej geometrie v podobe akejsi diery spájajúcej dva svety . V roku 1935 A. Einstein a matematik N. Rosen upozornili na skutočnosť, že najjednoduchšie riešenia rovníc GR, popisujúcich izolované, neutrálne alebo elektricky nabité zdroje gravitačného poľa, majú priestorovú štruktúru „mostu“, ktorý takmer plynulo spája dva vesmíry – dva rovnaké, takmer ploché, časopriestorové.

Takého druhu priestorové štruktúry neskôr sa im hovorilo "červí diery" (celkom voľný preklad anglického slova "wormhole" - "červí diera").

Einstein a Rosen dokonca uvažovali o použití takýchto „mostov“ na opis elementárne častice. Častica je v tomto prípade čisto priestorový útvar, takže nie je potrebné špecificky modelovať zdroj hmoty alebo náboja a pri mikroskopických rozmeroch červej diery vonkajší, vzdialený pozorovateľ umiestnený v jednom z priestorov vidí len bodový zdroj s určitou hmotnosťou a nábojom.

Elektrické siločiary vstupujú do otvoru z jednej strany a vychádzajú z druhej, bez toho, aby niekde začínali alebo končili.

Podľa vyjadrenia americký fyzik J. Wheeler, ukazuje sa „hmotnosť bez hmoty, náboj bez náboja“. A v tomto prípade vôbec nie je potrebné veriť, že most spája dva rôzne vesmíry – predpoklad, že obe „ústa“ červej diery sa otvárajú do toho istého vesmíru, ale v rôznych bodoch a v rôzne časy- niečo ako dutá "rúčka", prišitá k bežnému takmer plochému svetu.

Jedno ústa, do ktorého vstupujú siločiary, možno vidieť ako záporný náboj(napríklad elektrón), druhý z ktorého vychádzajú - ako kladný (pozitrón), hmotnosti budú na oboch stranách rovnaké.

Napriek atraktivite takéhoto obrázku sa (z mnohých dôvodov) vo fyzike elementárnych častíc neudomácnil. Je ťažké pripisovať kvantové vlastnosti „mostom“ Einstein – Rosen a bez nich sa v mikrokozme nedá nič robiť.

o známe hodnoty hmotnosti a náboja častíc (elektrónov alebo protónov), Einsteinov-Rosenov most sa nevytvorí vôbec, namiesto toho „elektrické“ riešenie predpovedá takzvanú „holú“ singularitu – bod, v ktorom sa zakrivenie priestoru a el. pole sa stane nekonečným. Pojem časopriestoru, aj keď je zakrivený, v takýchto bodoch stráca svoj význam, pretože nie je možné riešiť rovnice s nekonečnými členmi. Samotná všeobecná relativita celkom jasne hovorí, kde presne prestáva fungovať. Pripomeňme si slová uvedené vyššie: „takmer hladko sa pripája ...“. Toto "takmer" odkazuje na hlavnú chybu "mostov" Einsteina - Rosena - porušenie hladkosti v najužšej časti "mostu", na krku.

A toto porušenie, treba povedať, je veľmi netriviálne: na takom krku, z pohľadu vzdialeného pozorovateľa, čas sa zastaví...

Moderne povedané, to, čo Einstein a Rosen videli ako hrdlo (teda najužší bod „mostu“), nie je v skutočnosti nič iné ako horizont udalostí čiernej diery (neutrálnej alebo nabitej).

Navyše s rôzne strany„mostové“ častice alebo lúče dopadajú na rôzne „úseky“ horizontu a medzi, relatívne povedané, pravou a ľavou časťou horizontu je špeciálna nestatická oblasť, bez ktorej prekonania nie je možné cez dieru prejsť. .

Vzdialenému pozorovateľovi sa zdá, že vesmírna loď, ktorá sa blíži k horizontu dostatočne veľkej (v porovnaní s loďou) čiernej diery navždy zamrzne a signály z nej sa dostávajú čoraz menej často. Naopak, tým lodné hodiny horizont sa dosiahne v konečnom čase.

Po prekročení horizontu loď (častica alebo lúč svetla) čoskoro nevyhnutne spočíva na singularite - kde sa zakrivenie stáva nekonečným a kde (stále na ceste) bude akékoľvek predĺžené telo nevyhnutne rozdrvené a roztrhané.

Takova krutá realita vnútorná štruktúra čiernej diery. Schwarzschildovo a Reisner-Nordstromovo riešenie popisujúce sféricky symetrické neutrálne a elektricky nabité čierne diery boli získané v rokoch 1916-1917, ale fyzici úplne pochopili zložitú geometriu týchto priestorov až na prelome 50.-60. rokov 20. storočia. Mimochodom, práve vtedy John Archibald Wheeler, známy svojou prácou v r jadrovej fyziky a teória gravitácie, navrhli pojmy „čierna diera“ a „červí diera“.

Ako sa ukázalo, v Schwarzschildových a Reisner-Nordströmových priestoroch skutočne sú červie diery. Z pohľadu vzdialeného pozorovateľa nie sú úplne viditeľné, ako samotné čierne diery a sú rovnako večné. No pre cestovateľa, ktorý sa odvážil preniknúť za horizont, sa diera zrúti tak rýchlo, že cez ňu nepreletí ani loď, ani masívna častica, dokonca ani lúč svetla.

Aby sme obišli singularitu a prerazili "na svetlo Božie" - do druhého ústia diery, je potrebné pohybovať sa rýchlejšie ako svetlo. A fyzici dnes veria, že nadsvetelné rýchlosti pohybu hmoty a energie sú v princípe nemožné.

Červí diery a časové slučky

Čiernu Schwarzschildovu dieru možno teda považovať za nepreniknuteľnú červiu dieru. Čierna diera Reisner-Nordstrom je komplikovanejšia, ale aj nepriechodná.

Nie je však také ťažké vymyslieť a opísať priechodné štvorrozmerné červie diery výberom požadovaného typu metriky (metrika alebo metrický tenzor je súbor veličín, ktoré sa používajú na výpočet štvorrozmerných vzdialeností-intervalov medzi udalosti, ktoré plne charakterizujú geometriu časopriestoru a gravitačné pole). Prechodné červie diery sú vo všeobecnosti geometricky ešte jednoduchšie ako čierne diery: nemali by existovať žiadne horizonty vedúce ku kataklizmám v priebehu času.

Čas v rôznych bodoch môže, samozrejme, ísť iným tempom – nemal by sa však donekonečna zrýchľovať ani zastavovať.

Treba povedať, že rôzne čierne diery a červie diery sú veľmi zaujímavé mikroobjekty, ktoré vznikajú samé od seba ako kvantové fluktuácie gravitačného poľa (v dĺžkach rádovo 10-33 cm), kde podľa existujúce odhady, koncept klasického, plynulého časopriestoru už neplatí.

Na takýchto váhach by malo byť niečo podobné vode alebo mydlovej pene v turbulentnom prúde, ktorý neustále „dýcha“ v dôsledku tvorby a kolapsu malých bublín. Namiesto kľudu prázdne miesto máme mini-čierne diery a červie diery najbizarnejších a prepletených konfigurácií, ktoré sa objavujú a miznú zbesilým tempom. Ich rozmery sú nepredstaviteľne malé – sú toľkokrát menšie atómové jadro aký čas je jadro menšiu planétu Zem. Zatiaľ neexistuje presný popis časopriestorovej peny, keďže ešte nebola vytvorená konzistentná kvantová teória gravitácie, ale v r. vo všeobecnosti popísaný obrázok vyplýva zo základných princípov fyzikálnej teórie a pravdepodobne sa nezmení.

Z hľadiska medzihviezdneho a medzičasového cestovania sú však potrebné červie diery úplne iných veľkostí: „Chcel by som“, aby krkom prešla vesmírna loď primeranej veľkosti alebo aspoň tank bez poškodenia (medzi tyranosaurami by to bolo nepríjemné. bez toho, však?).

Preto je na začiatok potrebné získať riešenia gravitačných rovníc vo forme priechodných červích dier makroskopických rozmerov. A ak predpokladáme, že takáto diera sa už objavila a zvyšok časopriestoru zostal takmer plochý, potom uvážte, že je tam všetko – diera môže byť strojom času, intergalaktickým tunelom a dokonca aj urýchľovačom.

Bez ohľadu na to, kde a kedy sa nachádza jedno z úst červej diery, druhé môže byť kdekoľvek vo vesmíre a kedykoľvek - v minulosti alebo v budúcnosti.

Ústa sa navyše môžu pohybovať ľubovoľnou rýchlosťou (v medziach svetla) voči okolitým telesám – to nezabráni výstupu z otvoru do (prakticky) plochého Minkowského priestoru.

Je známe, že je nezvyčajne symetrický a vyzerá rovnako vo všetkých bodoch, vo všetkých smeroch a v akomkoľvek inerciálne sústavy bez ohľadu na to, ako rýchlo sa pohybujú.

Ale na druhej strane, za predpokladu existencie stroja času, sme okamžite postavení pred celú „kyticu“ paradoxov typu – odletel do minulosti a „zabil dedka lopatou“ skôr, ako sa dedko mohol stať otcom. Normálne zdravý rozum naznačuje, že to s najväčšou pravdepodobnosťou jednoducho nemôže byť. A ak fyzikálna teória tvrdí, že opisuje realitu, musí obsahovať mechanizmus, ktorý vytváranie takýchto „časových slučiek“ zakazuje, alebo prinajmenšom sťažuje ich vytváranie.

GR nepochybne tvrdí, že opisuje realitu. Našlo sa v ňom mnoho riešení, ktoré popisujú priestory s uzavretými časovými slučkami, no spravidla sú z toho či onoho dôvodu uznané buď za nereálne alebo povedzme „nenebezpečné“.

Áno, veľmi zaujímavé riešenie Na Einsteinove rovnice upozornil rakúsky matematik K. Godel: ide o homogénny stacionárny vesmír, rotujúci ako celok. Obsahuje uzavreté trajektórie, po ktorých sa môžete vrátiť nielen do východiskového bodu vo vesmíre, ale aj do východiskového bodu v čase. Výpočet však ukazuje, že minimálna časová dĺžka takejto slučky je oveľa dlhšia ako životnosť Vesmíru.

Prechodné červie diery, považované za „mosty“ medzi rôznymi vesmírmi, sú dočasné (ako sme povedali), aby sa predpokladalo, že obe ústa sa otvárajú do toho istého vesmíru, pretože sa okamžite objavia slučky. Čo potom z hľadiska všeobecnej relativity bráni ich formovaniu – podľa najmenej v makroskopickom a kozmickom meradle?

Odpoveď je jednoduchá: štruktúra Einsteinových rovníc. Na ich ľavej strane sú veličiny, ktoré charakterizujú časopriestorovú geometriu, a na pravej strane - takzvaný tenzor energie-hybnosti, ktorý obsahuje informácie o hustote energie hmoty a rôznych poliach, o ich tlaku v rôznych smeroch, o ich rozloženie v priestore a o stave pohybu.

Dá sa „čítať“ Einsteinove rovnice sprava doľava, pričom sa uvádza, že ich hmota používa na to, aby „povedala“ priestoru, ako sa má zakriviť. Ale je to tiež možné - zľava doprava, potom bude výklad iný: geometria diktuje vlastnosti hmoty, ktoré by ju mohli poskytnúť, geometriu, existenciu.

Ak teda potrebujeme geometriu červej diery, dosadíme ju do Einsteinových rovníc, analyzujeme a zistíme, aký druh hmoty je potrebný. Ukazuje sa, že je to veľmi zvláštne a bezprecedentné, nazýva sa to „exotická hmota“. Na vytvorenie najjednoduchšej červej diery (sféricky symetrickej) je teda potrebné, aby hustota energie a tlak v radiálnom smere tvorili zápornú hodnotu. Je potrebné povedať, že pre bežné typy látok (ako aj pre mnohé známe fyzikálne polia) sú obe tieto veličiny kladné?..

Príroda, ako vidíme, skutočne postavila vážnu prekážku vzniku červích dier. Ale takto funguje človek a vedci nie sú výnimkou: ak bariéra existuje, vždy budú existovať tí, ktorí ju budú chcieť prekonať ...

Prácu teoretikov zaujímajúcich sa o červie diery možno podmienečne rozdeliť do dvoch komplementárnych smerov. Prvý, za predpokladu existencie červích dier vopred, zvažuje dôsledky, ktoré vzniknú, druhý sa snaží určiť, ako a z čoho môžu byť červie diery postavené, za akých podmienok vznikajú alebo môžu vzniknúť.

V dielach prvého smeru sa napríklad diskutuje o takejto otázke.

Predpokladajme, že máme k dispozícii červiu dieru, cez ktorú prejdete v priebehu niekoľkých sekúnd a jej dve lievikovité ústie „A“ a „B“ necháme v priestore umiestniť blízko seba. Je možné z takejto diery urobiť stroj času?

Americký fyzik Kip Thorne a jeho spolupracovníci ukázali, ako na to: myšlienkou je ponechať jedno z úst „A“ na mieste a druhé „B“ (ktoré by sa malo správať ako obyčajné masívne teleso). rozptýliť sa na rýchlosť porovnateľnú s rýchlosťou svetla a potom sa vrátiť späť a zabrzdiť blízko „A“. Potom vplyvom SRT (spomalenie času na pohybujúce sa teleso v porovnaní so stacionárnym) uplynie pre ústa „B“ menej času ako pre ústa „A“. Navyše, čím väčšia bola rýchlosť a trvanie cesty ústia "B", tým väčší bude časový rozdiel medzi nimi.

V skutočnosti ide o rovnaký „paradox dvojčiat“, ktorý vedci dobre poznajú: dvojča, ktoré sa vrátilo z letu ku hviezdam, je mladšie ako jeho domáci brat... Nech je časový rozdiel medzi ústami napr. napríklad pol roka.

Potom, keď sedíme v blízkosti ústia "A" uprostred zimy, uvidíme cez červiu dieru živý obraz minulého leta a - naozaj tohto leta a návratu, keď sme prešli cez dieru. Potom sa opäť priblížime k lieviku „A“ (ten, ako sme sa dohodli, je niekde neďaleko), opäť sa ponoríme do diery a skočíme rovno do minuloročného snehu. A toľkokrát. Pohyb opačným smerom - ponorenie do lievika "B", - skočme o pol roka do budúcnosti ...

Po vykonaní jedinej manipulácie s jedným z úst teda dostaneme stroj času, ktorý možno „používať“ neustále (samozrejme za predpokladu, že diera je stabilná alebo že dokážeme zachovať jej „funkčnosť“).

Diela druhého smeru sú početnejšie a možno ešte zaujímavejšie. Tento smer zahŕňa hľadanie konkrétnych modelov červích dier a ich štúdium špecifické vlastnosti, ktoré vo všeobecnosti určujú, čo je možné s týmito otvormi robiť a ako ich používať.

Exomater a temná energia

Exotické vlastnosti hmoty, ktoré treba vlastniť Stavebný Materiál pre červie diery, ako sa ukazuje, je možné realizovať vďaka takzvanej vákuovej polarizácii kvantových polí.

K tomuto záveru sa dospelo nedávno ruskí fyzici Arkady Popov a Sergey Sushkov z Kazane (spolu s Davidom Hochbergom zo Španielska) a Sergej Krasnikov z observatória Pulkovo. A v tomto prípade vákuum vôbec nie je prázdnota, ale kvantový stav s najnižšou energiou – pole bez skutočných častíc. Neustále sa v nej objavujú dvojice „virtuálnych“ častíc, ktoré opäť zmiznú skôr, ako ich dokázali zachytiť prístroje, no zanechajú svoju veľmi reálnu stopu v podobe akéhosi tenzoru energie-hybnosti s nezvyčajnými vlastnosťami.

A hoci sa kvantové vlastnosti hmoty prejavujú najmä v mikrokozme, nimi generované červie diery (za určitých podmienok) môžu dosahovať veľmi slušné veľkosti. Mimochodom, jeden z článkov S. Krasnikova má „odstrašujúci“ názov – „Hrozba červích dier“. Najzaujímavejšia vec na tejto čisto teoretickej diskusii je tá skutočná astronomické pozorovania Zdá sa, že posledné roky značne podkopávajú pozície odporcov možnosti samotnej existencie červích dier.

Astrofyzici, ktorí študujú štatistiky výbuchov supernov v galaxiách vzdialených od nás miliardy svetelných rokov, dospeli k záveru, že náš vesmír sa nielen rozpína, ale rozpína ​​sa stále väčšou rýchlosťou, teda so zrýchlením. Navyše, časom sa toto zrýchlenie ešte zvyšuje. Celkom s istotou to naznačujú najnovšie pozorovania uskutočnené na poslednom mieste vesmírne teleskopy. Nuž, teraz je čas pripomenúť si súvislosť medzi hmotou a geometriou vo všeobecnej teórii relativity: povaha rozpínania vesmíru je pevne spojená s rovnicou stavu hmoty, inými slovami, so vzťahom medzi jej hustotou a tlakom. Ak je hmota bežná (s kladnou hustotou a tlakom), potom samotná hustota časom klesá a expanzia sa spomaľuje.

Ak je tlak záporný a má rovnakú veľkosť, ale má opačné znamienko ako hustota energie (potom ich súčet = 0), potom je táto hustota konštantná v čase a priestore - ide o takzvanú kozmologickú konštantu, ktorá vedie k expanzii s konštantné zrýchlenie.

Aby však zrýchlenie rástlo s časom, a to nestačí - súčet tlaku a hustoty energie musí byť záporný. Takúto hmotu nikto nikdy nepozoroval, no zdá sa, že správanie viditeľnej časti vesmíru signalizuje jej prítomnosť. Výpočty ukazujú, že tohto druhu podivnej, neviditeľnej hmoty (nazývanej „temná energia“) by v súčasnej dobe malo byť asi 70 % a tento podiel neustále narastá (na rozdiel od bežnej hmoty, ktorá s rastúcim objemom stráca na hustote, sa tmavá energia správa paradoxne – Vesmír sa rozširuje a jeho hustota rastie). Ale napokon (a o tom sme už hovorili), práve takáto exotická hmota je tým najvhodnejším „stavebným materiálom“ na tvorbu červích dier.

Človeka to láka fantazírovať: skôr či neskôr sa objaví temná energia, vedci a technológovia sa naučia, ako ju zahusťovať a stavať červie diery, a tam – neďaleko „splneného sna“ – o strojoch času a o tuneloch vedúcich k hviezdy ...

Pravda, odhad hustoty temná energia vo vesmíre, ktorý to poskytuje zrýchlená expanzia: ak je tmavá energia rovnomerne rozložená, získa sa úplne zanedbateľná hodnota - asi 10-29 g/cm3. Pre bežnú látku táto hustota zodpovedá 10 atómom vodíka na 1 m3. Dokonca aj medzihviezdny plyn je niekoľkonásobne hustejší. Ak sa teda táto cesta k vytvoreniu stroja času môže stať skutočnou, tak to nebude veľmi, veľmi skoro.

Potrebujete dieru na šišku

Doteraz sme hovorili o tunelovitých červích dierach s hladkým hrdlom. GR však predpovedá aj iný druh červích dier – a tie v zásade nevyžadujú vôbec žiadnu distribuovanú hmotu. Existuje celá trieda riešení Einsteinových rovníc, v ktorých štvorrozmerný časopriestor, plochý ďaleko od zdroja poľa, existuje akoby v duplikáte (alebo listoch) a obom spoločným len určitý tenký prstenec (zdroj poľa) a kotúč, tento prstenec obmedzený.

Tento prsteň má skutočne magickú vlastnosť: môžete sa okolo neho „túlať“ tak dlho, ako chcete, zostať vo „svojom“ svete, no akonáhle ním prejdete, ocitnete sa v úplne inom svete, hoci podobnom ako „ tvoj vlastný". A aby ste sa mohli vrátiť, musíte znova prejsť kruhom (a z ktorejkoľvek strany, nie nevyhnutne z tej, z ktorej ste práve odišli).

Samotný prstenec je jedinečný - zakrivenie časopriestoru sa na ňom stáča do nekonečna, ale všetky body v ňom sú celkom normálne a teleso, ktoré sa tam pohybuje, nezaznamená žiadne katastrofické účinky.

Je zaujímavé, že existuje veľké množstvo takýchto riešení - neutrálnych aj nabíjačka s rotáciou aj bez nej. Takým je najmä slávne riešenie Novozélanďana R. Kerra pre rotujúcu čiernu dieru. Najrealistickejšie popisuje čierne diery hviezdnych a galaktických mierok (o existencii ktorých už väčšina astrofyzikov nepochybuje), keďže takmer všetky nebeských telies zažiť rotáciu a pri stlačení sa rotácia iba zrýchli, najmä pri kolapse do čiernej diery.

Ukazuje sa teda, že rotujúce čierne diery sú „priamymi“ kandidátmi na „stroje času“?Čierne diery, ktoré vznikajú v hviezdnych systémoch, sú však obklopené a naplnené horúcim plynom a drsným, smrteľným žiarením. Okrem tejto rýdzo praktickej námietky existuje aj zásadná námietka, ktorá súvisí s ťažkosťami dostať sa spod horizontu udalostí do nového časopriestorového „listu“. Nestojí to však za to, aby sme sa tým podrobnejšie zaoberali, pretože podľa všeobecnej teórie relativity a mnohých jej zovšeobecnení môžu červie diery so singulárnymi prstencami existovať bez akýchkoľvek horizontov.

Existujú teda minimálne dve teoretické možnosti existencie spojenia červích dier rozdielne svety: nory môžu byť hladké a pozostávať z exotickej hmoty, alebo môžu vzniknúť v dôsledku singularity, pričom zostávajú priechodné.

Priestor a struny

Tenké singulárne krúžky pripomínajú iné predpovedané neobvyklé objekty moderná fyzika, - kozmické struny sa tvorili (podľa niektorých teórií) v raný vesmír keď superhustá hmota vychladne a zmení sa jej stav.

Naozaj pripomínajú struny, len sú mimoriadne ťažké – mnoho miliárd ton na centimeter dĺžky s hrúbkou zlomku mikrónu. A ako ukázali Američan Richard Gott a Francúz Gerard Clement, z niekoľkých strún, ktoré sa navzájom pohybujú vysoké rýchlosti, je možné skladať konštrukcie obsahujúce dočasné slučky. To znamená, že pohybom v gravitačnom poli týchto strún sa môžete vrátiť do východiskového bodu skôr, ako ste z neho vyleteli.

Astronómovia tento druh dlho hľadali vesmírne objekty, a dnes už existuje jeden "dobrý" kandidát - objekt CSL-1. Ide o dve prekvapivo podobné galaxie, ktoré sú v skutočnosti pravdepodobne jednou, iba rozdvojenou vplyvom gravitačnej šošovky. A v tomto prípade gravitačná šošovka- nie guľovitý, ale valcový, pripomínajúci dlhú tenkú ťažkú ​​niť.

Pomôže piata dimenzia?

V prípade, že časopriestor obsahuje viac ako štyri dimenzie, architektúra červích dier získava nové, dovtedy nepoznané možnosti.

A tak sa v posledných rokoch stal populárnym pojem „svet brány“. Predpokladá, že všetka pozorovateľná hmota sa nachádza na nejakom štvorrozmernom povrchu (označovanom výrazom "brána" - skrátené slovo pre "membránu") a v okolitom päť alebo šesťrozmernom objeme nie je nič iné ako gravitačné pole. Gravitačné pole na samotnej bráne (a toto je jediné, ktoré pozorujeme) sa riadi upravenými Einsteinovými rovnicami a majú príspevok z geometrie okolitého objemu.

Takže tento príspevok je schopný hrať úlohu exotickej hmoty, ktorá vytvára červie diery. Nory môžu mať akúkoľvek veľkosť a stále nemajú vlastnú gravitáciu.

Tým sa samozrejme nevyčerpáva celá paleta „konštrukcií“ červích dier a všeobecným záverom je, že pri všetkej nezvyčajnosti ich vlastností a pri všetkých ťažkostiach základnej, vrátane filozofickej povahy, ku ktorým môžu viesť, ich prípadná existencia stojí za to zaobchádzať s plnou vážnosťou a náležitou pozornosťou.

Nedá sa napríklad vylúčiť, že v medzihviezdnom alebo medzigalaktickom priestore existujú veľké diery, už len kvôli koncentrácii veľmi tmavej energie, ktorá urýchľuje expanziu vesmíru.

Na otázky – ako môžu hľadať pozemského pozorovateľa a či existuje spôsob, ako ich odhaliť – zatiaľ neexistuje jednoznačná odpoveď. Na rozdiel od čiernych dier, červie diery nemusia mať ani žiadne znateľné pole príťažlivosti (možné je aj odpudzovanie), a preto v ich blízkosti netreba očakávať výrazné koncentrácie hviezd či medzihviezdneho plynu a prachu.

Ale za predpokladu, že dokážu „skratovať“ oblasti alebo epochy, ktoré sú od seba vzdialené a prechádzajú cez seba žiarenie svietidiel, je celkom možné očakávať, že nejaká vzdialená galaxia sa bude zdať nezvyčajne blízko.

V dôsledku rozpínania Vesmíru, čím je galaxia vzdialenejšia, tým väčší posun spektra (smerom k červenej strane) k nám prichádza jej žiarenie. Ale pri pohľade cez červiu dieru nemusí byť žiadny červený posun. Alebo bude, ale - iný. Niektoré z týchto objektov možno pozorovať súčasne dvoma spôsobmi – cez dieru alebo „obvyklým“ spôsobom „za dieru“.

Znamenie kozmickej červej diery teda môže byť nasledovné: pozorovanie dvoch objektov z veľmi podobné vlastnosti, ale v rôznych viditeľných vzdialenostiach a s rôznymi červenými posunmi.

Ak sa napriek tomu objavia (alebo postavia) červie diery, oblasť filozofie, ktorá sa zaoberá interpretáciou vedy, bude čeliť novým a musím povedať, že veľmi ťažkým úlohám. A napriek všetkej zdanlivej absurdnosti časových slučiek a zložitosti problémov spojených s kauzalitou, táto oblasť vedy s najväčšou pravdepodobnosťou skôr či neskôr na to všetko nejako príde. Rovnako ako kedysi "narábali" s koncepčné problémy kvantová mechanika a Einsteinova teória relativity...

Kirill Bronnikov, doktor fyzikálnych a matematických vied

Skupina fyzikov z Nemecka a Grécka všeobecné usmernenie Burkhard Klayhaus prezentovaný v princípe Nový vzhľad k problému červích dier. Takzvané hypotetické objekty, kde dochádza k zakriveniu priestoru a času.

Verí sa, že sú to tunely, cez ktoré môžete v jednom okamihu cestovať do iných svetov.

Červí diery, alebo, ako sa im tiež hovorí, červie diery, pozná každý fanúšik sci-fi, kde sú tieto objekty popísané veľmi živo a pôsobivo (hoci v knihách sa im častejšie hovorí nulový priestor). Vďaka nim sa môžu hrdinovia pohybovať z jednej galaxie do druhej krátky čas. Čo sa týka skutočných červích dier, situácia s nimi je oveľa komplikovanejšia. Stále nie je jasné, či skutočne existujú, alebo je to všetko výsledkom bujnej fantázie teoretických fyzikov.

Podľa tradičných predstáv, červie diery sú nejakou hypotetickou vlastnosťou nášho vesmíru, alebo skôr priestoru a času. Podľa konceptu Einsteinovho-Rosenovho mosta sa v každom okamihu nášho Vesmíru môžu objaviť nejaké tunely, ktorými sa dá dostať z jedného bodu vo vesmíre do druhého takmer súčasne (teda bez straty času).

Zdalo by sa, že sa s ich pomocou teleportujete pre svoje vlastné potešenie! Ale tu je problém: po prvé, tieto červie diery sú extrémne malé (ľahko sa nimi môžu pohybovať len elementárne častice) a po druhé, existujú extrémne krátky čas, milióntiny sekundy. Preto je mimoriadne ťažké ich študovať - ​​doteraz neboli všetky modely červích dier experimentálne potvrdené.

Napriek tomu vedci stále majú určitú predstavu o tom, čo by mohlo byť vo vnútri takého tunela (aj keď, bohužiaľ, tiež iba teoretické). Verí sa, že všetko je tam prepchaté takzvanou exotickou hmotou (nezamieňať s temnou hmotou, ide o iné záležitosti). A táto hmota dostala svoju prezývku podľa toho, že pozostáva zo zásadne odlišných elementárnych častíc. A preto sa v ňom nedodržiava väčšina fyzikálnych zákonov - najmä energia môže mať negatívnu hustotu, gravitačná sila nepriťahuje, ale odpudzuje predmety atď. Vo všeobecnosti je všetko vo vnútri tunela úplne iné ako normálnych ľudí. Ale je to práve táto nepravidelná hmota, ktorá poskytuje ten zázračný prechod cez červiu dieru.

V skutočnosti je slávna Einsteinova všeobecná teória relativity veľmi lojálna k možnosti existencie červích dier – existenciu takýchto tunelov nevyvracia (hoci to nepotvrdzuje). No, čo nie je zakázané, ako viete, je dovolené. Mnoho astrofyzikov sa preto už od polovice minulého storočia aktívne pokúšalo nájsť stopy aspoň nejakej viac či menej stabilnej červej diery.

V skutočnosti sa ich záujem dá pochopiť - ak sa ukáže, že takýto tunel je v zásade možný, potom bude cestovanie cez neho do vzdialených svetov veľmi jednoduchá záležitosť(samozrejme za predpokladu, že červia diera sa bude nachádzať blízko slnečná sústava). Pátraniu po tomto objekte však bráni fakt, že vedci si stále v skutočnosti celkom nevedia predstaviť, čo presne hľadať. V skutočnosti nie je možné túto dieru priamo vidieť, keďže podobne ako čierne diery do seba všetko nasáva (vrátane žiarenia), no nič neuvoľňuje. Potrebujem nejaké nepriame znaky jeho existenciu, ale otázka znie – ktoré?

A len nedávno skupina fyzikov z Nemecka a Grécka pod generálnym vedením Burkharda Kleihausa z univerzity v Oldenburgu (Nemecko) s cieľom zmierniť utrpenie astrofyzikov predstavila zásadne nový pohľad na problém červích dier. Z ich pohľadu tieto tunely môžu skutočne existovať vo vesmíre a zároveň byť celkom stabilné. A v ich vnútri nie je podľa skupiny Klayhouse žiadna exotická hmota.

Vedci sa domnievajú, že vznik červích dier bol spôsobený kvantovými fluktuáciami, ktoré boli vlastné ranému vesmíru takmer bezprostredne po Veľkom tresku a viedli k vzniku takzvanej kvantovej peny. Dovoľte mi, aby som vám to pripomenul kvantová pena- ide o druh podmieneného konceptu, ktorý možno použiť ako kvalitatívny popis subatomárnej časopriestorovej turbulencie vo veľmi malých vzdialenostiach (rádovo ako Planckova dĺžka, to znamená vzdialenosť 10 -33 cm).

Obrazne povedané, kvantová pena môže byť reprezentovaná nasledovne: predstavte si, že niekde vo veľmi krátkych časových úsekoch vo veľmi malých oblastiach priestoru sa môže spontánne objaviť energia dostatočná na to, aby sa tento kúsok priestoru zmenil na čiernu dieru. A táto energia sa neobjavuje len tak odnikiaľ, ale ako výsledok zrážky častíc s antičasticami a ich vzájomného zničenia. A potom sa pred našimi očami objaví akýsi vriaci kotol, v ktorom sa neustále objavujú a okamžite miznú čierne diery.

Takže podľa autorov štúdie Hneď po Veľkom tresku bol celý náš vesmír kvantovou penou.. A vznikal v ňom v každom okamihu nielen čierne diery, ale aj červie diery. A potom by inflácia (teda expanzia) vesmíru mala nielen nafúknuť do obrovskej veľkosti, ale zároveň prudko zväčšiť diery a urobiť ich stabilnými. Až tak, že do nich bolo možné preniknúť aj pomerne veľkými telami.

Pravda, je tu jeden háčik. Faktom je, že hoci veľké telesá podľa tohto modelu môžu vstúpiť do červej diery, gravitačný vplyv na nich pri vchode by mala byť veľmi malá. V opačnom prípade budú jednoducho roztrhané. Ale ak je zakrivenie časopriestoru pri vstupe „hladké“, potom samotná cesta cez neho nemôže byť okamžitá. Podľa výpočtov výskumníkov to bude trvať desiatky alebo dokonca stovky svetelných rokov, kým bude výstup z červej diery dostupný. veľké telo, sa bude nachádzať dosť ďaleko od vchodu.

Výskumníci sa domnievajú, že nájsť tieto objekty vo vesmíre, aj keď to nie je jednoduché, je stále možné. Aj keď môžu vyzerať ako čierne diery, stále existujú rozdiely. Napríklad v čiernej diere plyn, ktorý spadne mimo horizontu udalostí, okamžite prestane vyžarovať röntgenových lúčov a ten, ktorý spadol do červej diery (ktorá nemá horizont udalostí), v tom pokračuje. Mimochodom, toto správanie plynu nedávno zaznamenal Hubbleov teleskop v blízkosti objektu Sagittarius A*, ktorý je tradične považovaný za masívnu čiernu dieru. Ale súdiac podľa správania plynu by to mohla byť stabilná červia diera.

Podľa konceptu skupiny Klayhouse môžu existovať ďalšie znaky, ktoré naznačujú existenciu červích dier. Teoreticky možno predpokladať situáciu, že astronómovia priamo zaznamenajú nedostatočnosť obrazu za červou dierou, ak sa teleskop náhodne otočí do sektora hviezdnej oblohy. V tomto prípade ukáže obrázok vzdialený desiatky či stovky svetelných rokov, ktorý astronómovia ľahko rozlíšia od toho, čo by na tomto mieste v skutočnosti malo byť. Gravitácia hviezdy (ak je na druhej strane červej diery) môže tiež skresliť svetlo vzdialených hviezd prechádzajúcich v blízkosti červej diery.

Treba si uvedomiť, že dielo gréckych a nemeckí fyzici, hoci je čisto teoretický, je pre astronómov veľmi dôležitý. Systematizuje všetko na prvýkrát možné znakyčervie diery, ktoré možno pozorovať. Na základe toho je možné tieto tunely odhaliť. To znamená, že teraz vedci vedia, čo presne musia hľadať.

Aj keď na druhej strane, ak je model skupiny Klayhouse pravdivý, hodnota červích dier pre ľudstvo prudko klesá. Koniec koncov, neposkytujú jednorazový prechod do iných svetov. Aj keď, samozrejme, ich vlastnosti by sa mali stále študovať - ​​zrazu sa budú hodiť na niečo iné ...