Ormehulsforedrag. Astrofysikere leder seriøst efter "ormehuller" i rummet

Videnskaben

Den nyligt udgivne visuelt arresterende film Inrestellar er baseret på ægte videnskabelige koncepter som f.eks roterende sorte huller, ormehuller og tidsudvidelse.

Men hvis du ikke er bekendt med disse begreber, kan du blive lidt forvirret, mens du ser på.

I filmen tager et hold af rumfarere til ekstragalaktisk rejse gennem et ormehul. På den anden side befinder de sig i et andet solsystem med et roterende sort hul i stedet for en stjerne.

De er i et kapløb mod rum og tid for at fuldføre deres mission. Denne form for rumrejser kan virke lidt forvirrende, men den er baseret på grundlæggende fysikprincipper.

Her er de vigtigste 5 fysikbegreber Ting du skal vide for at forstå Interstellar:

Kunstig tyngdekraft

Det største problem, vi mennesker står over for under længerevarende rumrejser, er vægtløshed. Vi er født på Jorden, og vores kroppe har tilpasset sig visse tyngdekraftsforhold, men når vi er i rummet i lang tid, begynder vores muskler at svækkes.

Karaktererne i filmen Interstellar står også over for dette problem.

For at klare dette skaber videnskabsmænd kunstig tyngdekraft i rumfartøjer. En måde at gøre dette på er at dreje rumskibet op, ligesom i filmen. Rotationen skaber en centrifugalkraft, der skubber genstande mod skibets ydre vægge. Denne frastødning ligner tyngdekraften, kun i den modsatte retning.

Dette er en form for kunstig tyngdekraft, du oplever, når du kører rundt i en lille radiuskurve og føler, som om du bliver skubbet udad, væk fra kurvens midtpunkt. I et snurrende rumskib bliver væggene dit gulv.

Roterende sort hul i rummet

Astronomer har, omend indirekte, observeret i vores univers roterende sorte huller. Ingen ved, hvad der er i centrum af et sort hul, men videnskabsmænd har et navn for det -singularitet .

Roterende sorte huller forvrænger rummet omkring dem anderledes end stationære sorte huller.

Denne forvrængningsproces kaldes "inertial frame entrainment" eller Lense-Thirring-effekten, og den påvirker, hvordan det sorte hul vil se ud ved at forvrænge rummet, og endnu vigtigere rum-tiden omkring det. Det sorte hul, du ser i filmen, er nokmeget tæt på det videnskabelige koncept.

• Rumskibet Endurance er på vej mod Gargantua - fiktivt supermassivt sort hul med en masse 100 millioner gange større end Solen.
• Den er 10 milliarder lysår væk fra Jorden og har flere planeter, der kredser om den. Gargantua spinder med forbløffende 99,8 procent af lysets hastighed.
• Garagantuas tilvækstskive indeholder gas og støv med temperaturen på Solens overflade. Skiven forsyner Gargantua-planeterne med lys og varme.

Det komplekse udseende af det sorte hul i filmen skyldes det faktum, at billedet af accretionsskiven er forvrænget af gravitationslinser. To buer vises på billedet: en dannet over det sorte hul, og den anden under det.

Muldvarpe hul

Ormehullet eller ormehullet brugt af besætningen i Interstellar er et af fænomenerne i filmen, der hvis eksistens ikke er blevet bevist. Det er hypotetisk, men meget praktisk i plots af science fiction-historier, hvor du skal overvinde en stor rumafstand.

Bare ormehuller er en slags korteste vej gennem rummet. Enhver genstand med masse skaber et hul i rummet, hvilket betyder, at rummet kan strækkes, fordrejes og endda foldes.

Et ormehul er som en fold i rummets (og tidens) stof, der forbinder to meget fjerne områder, hvilket hjælper rumrejsende rejse en lang afstand på kort tid.

Det officielle navn for et ormehul er en "Einstein-Rosen-bro", som den først blev foreslået af Albert Einstein og hans kollega Nathan Rosen i 1935.

• I 2D-diagrammer er mundingen af ​​et ormehul vist som en cirkel. Men hvis vi kunne se ormehullet, ville det ligne en kugle.
• På overfladen af ​​kuglen ville et gravitationsforvrænget billede af rummet på den anden side af "hullet" være synligt.
• Ormehullets dimensioner i filmen: 2 km i diameter og overføringsafstanden er 10 milliarder lysår.

Gravitationstidsudvidelse

Gravitationstidsudvidelse er et reelt fænomen, der observeres på Jorden. Det opstår pga tid er relativ. Det betyder, at det flyder forskelligt for forskellige koordinatsystemer.

Når du er i et stærkt gravitationsmiljø, tiden går langsommere for dig sammenlignet med mennesker i et svagt gravitationsmiljø.

ORMEHUL - 1) astrofysik. Det vigtigste koncept for moderne astrofysik og praktisk kosmologi. Et "ormehul" eller "ormehul" er en transdimensional passage, der forbinder et sort hul og dets tilsvarende hvide hul.

Et astrofysisk ormehul gennemborer det foldede rum i ekstra dimensioner og gør det muligt at rejse ad en virkelig kort vej mellem stjernesystemer.

Forskning ved hjælp af Hubble-rumteleskopet har vist, at hvert sort hul er indgangen til et ormehul (se HUBBLES LOV). Et af de største huller er placeret i midten af ​​vores galakse. Det blev teoretisk vist (1993), at det var fra dette centrale hul, at Solsystemet opstod.

Ifølge moderne koncepter er den observerbare del af universet bogstaveligt talt fyldt med "ormehuller", der går "frem og tilbage." Det mener mange fremtrædende astrofysikere rejse gennem "ormehuller" er fremtiden for interstellar astronautik. "

Vi er alle vant til, at vi ikke kan vende tilbage til fortiden, selvom vi nogle gange virkelig gerne vil. I mere end et århundrede har science fiction-forfattere skildret forskellige slags hændelser, der opstår på grund af evnen til at rejse gennem tiden og påvirke historiens gang. Desuden viste dette emne sig at være så presserende, at i slutningen af ​​forrige århundrede begyndte selv fysikere langt fra eventyr for alvor at søge efter løsninger på ligningerne, der beskriver vores verden, og som ville gøre det muligt at skabe tidsmaskiner og overvinde ethvert rum og tiden i et øjeblik.

Science fiction-romaner beskriver hele transportnetværk, der forbinder stjernesystemer og historiske epoker. Han trådte ind i en kabine, f.eks. stiliseret som en telefonboks, og befandt sig et sted i Andromeda-tågen eller på Jorden, men besøgte de for længst uddøde tyrannosaurer.

Karakterer i sådanne værker bruger konstant time machine nul-transport, portaler og lignende praktiske enheder.

Men science fiction-fans opfatter sådanne rejser uden megen ængstelse - man ved aldrig, hvad man kan forestille sig, og tilskriver implementeringen af ​​en idé til en usikker fremtid eller til indsigter fra et ukendt geni. Hvad der er meget mere overraskende er, at tidsmaskiner og tunneler i rummet ganske seriøst, som hypotetisk muligt, diskuteres aktivt i artikler om teoretisk fysik, på siderne i de mest velrenommerede videnskabelige publikationer.

Svaret ligger i det faktum, at ifølge Einsteins gravitationsteori - den generelle relativitetsteori (GTR), er den firedimensionelle rumtid, som vi lever i, krum, og den velkendte gravitation er en manifestation af en sådan krumning.

Stof "bøjer", bøjer rummet omkring sig selv, og jo tættere det er, jo stærkere er krumningen.

Talrige alternative teorier om tyngdekraften, der tæller i hundredvis, adskiller sig fra GTR i detaljer, men bevarer hovedsagen - ideen om rumtidens krumning. Og hvis rummet er buet, hvorfor skulle det så ikke have formen af ​​et rør, kortslutte områder adskilt af hundredtusindvis af lysår, eller f.eks. epoker langt fra hinanden - vi taler ikke kun om rum, men om rum-tid?

Husk, fra Strugatsky'erne (som i øvrigt også tyede til nul-transport): "Jeg kan slet ikke se, hvorfor den noble don ikke..." - ja, lad os sige, ikke flyve til den 32. århundrede?...

Ormehuller eller sorte huller?

Tanker om en så stærk krumning af vores rum-tid opstod umiddelbart efter generel relativitetsteori - allerede i 1916 diskuterede den østrigske fysiker L. Flamm muligheden for eksistensen af ​​rumlig geometri i form af et slags hul, der forbinder to verdener . I 1935 gjorde A. Einstein og matematikeren N. Rosen opmærksom på, at de enkleste løsninger af de generelle relativitetsligninger, som beskriver isolerede, neutrale eller elektrisk ladede kilder til gravitationsfeltet, har en rumlig struktur som en "bro". næsten jævnt at forbinde to universer - to identiske, næsten flade rum-tid.

Denne form for rumlige strukturer fik senere navnet "ormehuller" (en ret løs oversættelse af det engelske ord "ormehul").

Einstein og Rosen overvejede endda muligheden for at bruge sådanne "broer" til at beskrive elementarpartikler. Faktisk er partiklen i dette tilfælde en rent rumlig formation, så det er ikke nødvendigt at modellere kilden til masse eller ladning specielt, og med ormehullets mikroskopiske dimensioner ser en ekstern, fjernobservatør placeret i et af rummene kun en punktkilde med en vis masse og ladning.

Elektriske kraftlinjer kommer ind i hullet fra den ene side og går ud fra den anden, uden at starte eller slutte nogen steder.

Med den amerikanske fysiker J. Wheelers ord, er resultatet "masse uden masse, ladning uden ladning." Og i dette tilfælde er det slet ikke nødvendigt at antage, at broen forbinder to forskellige universer - ikke værre er antagelsen om, at begge "munde" af ormehullet går ud i det samme univers, men på forskellige punkter og på forskellige tidspunkter - noget som et hult "håndtag" syet til den velkendte, næsten flade verden.

Den ene mund, som feltlinjerne går ind i, kan ses som en negativ ladning (for eksempel en elektron), den anden, hvorfra de går ud, som en positiv ladning (positron), og masserne vil være ens på begge sider.

På trods af attraktiviteten af ​​et sådant billede slog det (af mange grunde) ikke rod i elementær partikelfysik. Det er svært at tilskrive kvanteegenskaber til Einstein-Rosen "broer", og uden dem er der intet at gøre i mikrokosmos.

For kendte værdier af masser og ladninger af partikler (elektroner eller protoner) dannes Einstein-Rosen-broen overhovedet ikke; i stedet forudsiger den "elektriske" løsning den såkaldte "bare" singularitet - det punkt, hvor krumningen af ​​rummet og det elektriske felt bliver uendelig. Begrebet rum-tid, selvom det er buet, mister sin betydning på sådanne punkter, da det er umuligt at løse ligninger med uendelige led. Den generelle relativitetsteori siger selv ganske klart, hvor præcis den holder op med at virke. Lad os huske ovenstående ord: "forbindelse på en næsten glat måde ...". Denne "næsten" refererer til hovedfejlen ved Einstein-Rosen "broerne" - en krænkelse af glathed på det smalleste sted på "broen" ved nakken.

Og denne krænkelse, det må siges, er meget ikke-triviel: ved en sådan hals, set fra en fjern observatørs synspunkt, tiden stopper...

Ifølge moderne begreber er det, Einstein og Rosen anså for at være halsen (det vil sige det smalleste punkt på "broen") i virkeligheden ikke andet end begivenhedshorisonten for et sort hul (neutralt eller ladet).

Desuden falder partikler eller stråler fra forskellige sider af "broen" på forskellige "sektioner" af horisonten, og mellem, relativt set, højre og venstre del af horisonten er der et særligt ikke-statisk område, uden at krydse hvilket det er umuligt at passere gennem hullet.

For en fjernobservatør ser et rumskib, der nærmer sig horisonten af ​​et tilstrækkeligt stort (i forhold til skibet) sort hul, til at fryse for evigt, og signaler fra det ankommer sjældnere og sjældnere. Tværtimod nås horisonten ifølge skibets ur på en begrænset tid.

Efter at have passeret horisonten løber skibet (partikel eller lysstråle) snart uundgåeligt ind i en singularitet - hvor krumningen bliver uendelig, og hvor (stadig på vej) ethvert forlænget legeme uundgåeligt vil blive knust og revet fra hinanden.

Dette er den barske virkelighed af de indre funktioner i et sort hul. Løsningerne fra Schwarzschild og Reisner-Nordström, der beskriver sfærisk symmetriske neutrale og elektrisk ladede sorte huller, blev opnået i 1916-1917, men fysikere forstod først fuldt ud den komplekse geometri af disse rum i begyndelsen af ​​1950'erne-1960'erne. Forresten var det dengang, at John Archibald Wheeler, kendt for sit arbejde inden for kernefysik og tyngdekraftsteorien, foreslog udtrykkene "sort hul" og "ormehul".

Som det viste sig, er der virkelig ormehuller i Schwarzschild- og Reisner-Nordström-rummene. Fra en fjern observatørs synspunkt er de ikke helt synlige, ligesom de sorte huller selv, og er lige så evige. Men for en rejsende, der tør trænge ud over horisonten, kollapser hullet så hurtigt, at hverken et skib eller en massiv partikel eller endda en lysstråle kan flyve igennem det.

For at omgå singulariteten og bryde igennem "til Guds lys" - til den anden mund af hullet, er det nødvendigt at bevæge sig hurtigere end lyset. Og fysikere i dag mener, at superluminale bevægelseshastigheder for stof og energi i princippet er umulige.

Ormehuller og tidsløkker

Så et Schwarzschild sort hul kan ses som et uigennemtrængeligt ormehul. Det sorte hul i Reisner-Nordström er mere komplekst, men også ufremkommeligt.

Det er dog ikke så svært at opfinde og beskrive gennemkørbare firedimensionelle ormehuller ved at vælge den ønskede type metrik (en metrisk, eller metrisk tensor, er et sæt af størrelser, ved hjælp af hvilke firedimensionelle afstande-intervaller mellem punkt- hændelser beregnes, hvilket fuldt ud karakteriserer rum-tid og gravitationsfelts geometri). Passable ormehuller er generelt geometrisk endnu enklere end sorte huller: der bør ikke være nogen horisonter, der fører til katastrofer med tiden.

Tiden på forskellige punkter kan naturligvis bevæge sig med forskellig hastighed – men den bør ikke uendeligt fremskynde eller stoppe.

Det skal siges, at forskellige sorte huller og ormehuller er meget interessante mikroobjekter, der opstår af sig selv, som kvanteudsving i gravitationsfeltet (ved længder af størrelsesordenen 10-33 cm), hvor konceptet ifølge eksisterende skøn af klassisk, jævn rumtid er ikke længere anvendelig.

I en sådan skala bør der være noget, der ligner vand eller sæbeskum i en turbulent strøm, der konstant "ånder" på grund af dannelsen og sammenbrud af små bobler. I stedet for et roligt tomt rum har vi minisorte huller og ormehuller af de mest bizarre og sammenflettede konfigurationer, der dukker op og forsvinder i et hektisk tempo. Deres størrelser er ufatteligt små – de er lige så mange gange mindre end atomkernen, som denne kerne er mindre end planeten Jorden. Der er endnu ingen streng beskrivelse af rum-tid-skum, da en konsekvent kvanteteori om tyngdekraft endnu ikke er blevet skabt, men generelt følger det beskrevne billede af de grundlæggende principper for fysisk teori og vil sandsynligvis ikke ændre sig.

Men fra synspunktet om interstellar og intertemporal rejse er der brug for ormehuller af helt forskellige størrelser: "Jeg vil gerne have", at et rumskib af rimelig størrelse eller i det mindste en tank passerer gennem halsen uden skade (uden det ville det være ubehageligt blandt tyrannosaurerne, ikke?).

Derfor skal vi først finde løsninger på tyngdekraftsligningerne i form af traverserbare ormehuller af makroskopiske dimensioner. Og hvis vi antager, at et sådant hul allerede er dukket op, og resten af ​​rumtiden forbliver næsten flad, så overvej, alt er der - hullet kan være en tidsmaskine og en intergalaktisk tunnel og endda en accelerator.

Uanset hvor og hvornår en af ​​mundingen af ​​et ormehul er placeret, kan den anden dukke op hvor som helst i rummet og når som helst - i fortiden eller i fremtiden.

Derudover kan munden bevæge sig med enhver hastighed (inden for lyshastighed) i forhold til de omgivende kroppe - dette vil ikke forstyrre udgangen fra hullet til det (næsten) flade Minkowski-rum.

Den er kendt for at være usædvanlig symmetrisk og ser ens ud på alle dens punkter, i alle retninger og i alle inertisystemer, uanset hvilken hastighed de bevæger sig.

Men på den anden side, efter at have antaget eksistensen af ​​en tidsmaskine, står vi straks over for en hel "buket" af paradokser som - fløj ind i fortiden og "dræbte bedstefar med en skovl", før bedstefar kunne blive far. Normal sund fornuft dikterer, at dette højst sandsynligt simpelthen ikke kan ske. Og hvis en fysisk teori hævder at beskrive virkeligheden, må den indeholde en mekanisme, der forbyder dannelsen af ​​sådanne "tidsløkker", eller i det mindste gør deres dannelse ekstremt vanskelig.

GTR hævder uden tvivl at beskrive virkeligheden. Den fandt mange løsninger, der beskriver rum med lukkede tidssløjfer, men de betragtes som regel af en eller anden grund som enten urealistiske eller så at sige "harmløse".

En meget interessant løsning på Einsteins ligninger blev således angivet af den østrigske matematiker K. Gödel: dette er et homogent stationært univers, der roterer som en helhed. Den indeholder lukkede baner, der rejser sig langs hvilke du ikke kun kan vende tilbage til udgangspunktet i rummet, men også til udgangspunktet i tiden. Imidlertid viser beregninger, at den minimale tidsudstrækning af en sådan sløjfe er meget større end universets eksistens.

Passable ormehuller, betragtet som "broer" mellem forskellige universer, er midlertidige (som vi allerede har sagt) for at antage, at begge munde åbner sig i det samme univers, da sløjfer opstår med det samme. Hvad forhindrer så, set ud fra den generelle relativitetsteori, deres dannelse - i det mindste på en makroskopisk og kosmisk skala?

Svaret er enkelt: strukturen af ​​Einsteins ligninger. På deres venstre side er der mængder, der kendetegner rum-tidsgeometri, og på højre side er der den såkaldte energimomentum-tensor, som indeholder information om stoffets energitæthed og forskellige felter, om deres tryk i forskellige retninger, om deres fordeling i rummet og om bevægelsestilstand.

Man kan "læse" Einsteins ligninger fra højre mod venstre og sige, at stof med deres hjælp "fortæller" rummet, hvordan man bøjer. Men det er også muligt - fra venstre mod højre, så vil fortolkningen være anderledes: geometri dikterer de egenskaber af stof, der kunne give det, geometri, eksistens.

Så hvis vi har brug for geometrien af ​​et ormehul, lad os erstatte det med Einsteins ligninger, analysere det og finde ud af, hvilken slags stof der kræves. Det viser sig, at det er meget mærkeligt og hidtil uset; det kaldes "eksotisk stof". For at skabe det enkleste ormehul (sfærisk symmetrisk) er det således nødvendigt, at energitætheden og trykket i radial retning summerer til en negativ værdi. Behøver jeg at sige, at for almindelige stoftyper (såvel som mange kendte fysiske felter) er begge disse størrelser positive?..

Naturen har, som vi ser, faktisk lagt en alvorlig barriere for fremkomsten af ​​ormehuller. Men sådan er mennesker, og videnskabsmænd er ingen undtagelse: Hvis der eksisterer en barriere, vil der altid være mennesker, der ønsker at overvinde den...

Arbejdet hos teoretikere, der er interesserede i ormehuller, kan opdeles i to komplementære retninger. Den første, der forudsætter eksistensen af ​​ormehuller, overvejer de resulterende konsekvenser, den anden forsøger at bestemme, hvordan og fra hvilke ormehuller kan bygges, under hvilke forhold de opstår eller kan opstå.

I den første retnings værker diskuteres for eksempel et sådant spørgsmål.

Antag, at vi har et ormehul til rådighed, som vi kan passere igennem på få sekunder, og lade dets to tragtformede munde "A" og "B" være placeret tæt på hinanden i rummet. Er det muligt at gøre sådan et hul til en tidsmaskine?

Den amerikanske fysiker Kip Thorne og hans kolleger viste, hvordan man gør dette: Ideen er at lade den ene mund, "A", være på plads, og den anden, "B" (der skulle opføre sig som en almindelig massiv krop), accelerere til hastighed sammenlignelig med lysets hastighed, og vend derefter tilbage og sænk farten ved siden af ​​"A". På grund af STR-effekten (tidsafmatning på en bevægende krop sammenlignet med en stationær krop), vil der gå mindre tid for munden "B" end for munden "A". Desuden, jo større hastigheden og varigheden af ​​bevægelsen af ​​mundingen af ​​"B", jo større er tidsforskellen mellem dem.

Dette er faktisk det samme "tvillingparadoks", velkendt af videnskabsmænd: en tvilling, der vender tilbage fra en flyvetur til stjernerne, viser sig at være yngre end sin hjemmegående bror... Lad tidsforskellen mellem munde være for eksempel seks måneder.

Derefter, når vi sidder nær mundingen af ​​"A" midt om vinteren, vil vi gennem ormehullet se et lyst billede af den forgangne ​​sommer, og i virkeligheden vender vi tilbage til denne sommer, og passerer lige gennem hullet. Så vil vi igen nærme os tragt "A" (den er, som vi aftalte, et sted i nærheden), dykke ned i hullet igen og hoppe direkte ned i sidste års sne. Og så videre så mange gange du vil. Bevæger os i den modsatte retning - dykker ned i tragt "B" - lad os springe seks måneder ud i fremtiden...

Efter at have foretaget en enkelt manipulation med en af ​​mundene, får vi således en tidsmaskine, der kan "bruges" konstant (under forudsætning af naturligvis, at hullet er stabilt, eller at vi er i stand til at bevare dets "operabilitet").

Værkerne i den anden retning er flere og måske endnu mere interessante. Denne retning omfatter søgningen efter specifikke modeller af ormehuller og undersøgelsen af ​​deres specifikke egenskaber, som generelt bestemmer, hvad der kan gøres med disse huller, og hvordan man bruger dem.

Exomatter og mørk energi

Stoffets eksotiske egenskaber, som byggematerialet til ormehuller skal have, kan som det fremgår, realiseres gennem den såkaldte vakuumpolarisering af kvantefelter.

Denne konklusion blev for nylig nået frem til af de russiske fysikere Arkady Popov og Sergei Sushkov fra Kazan (sammen med David Hochberg fra Spanien) og Sergei Krasnikov fra Pulkovo Observatory. Og i dette tilfælde er vakuumet slet ikke tomhed, men en kvantetilstand med den laveste energi - et felt uden rigtige partikler. Der dukker konstant par af "virtuelle" partikler op i den, som igen forsvinder, før de kunne detekteres af instrumenter, men efterlader deres helt rigtige spor i form af en eller anden energimomentum-tensor med usædvanlige egenskaber.

Og selvom stoffets kvanteegenskaber hovedsageligt manifesterer sig i mikrokosmos, kan de ormehuller, de genererer (under visse forhold), nå meget anstændige størrelser. Forresten har en af ​​S. Krasnikovs artikler en "skræmmende" titel - "Truslen om ormehuller." Det mest interessante i denne rent teoretiske diskussion er, at reelle astronomiske observationer i de senere år ser ud til i høj grad at underminere modstandernes position af muligheden for selve eksistensen af ​​ormehuller.

Astrofysikere, der studerer statistikken over supernovaeksplosioner i galakser milliarder af lysår væk fra os, har konkluderet, at vores univers ikke bare udvider sig, men spredes med en stadigt stigende hastighed, det vil sige med acceleration. Desuden stiger denne acceleration endda over tid. Dette bevises ganske sikkert af de seneste observationer udført på de seneste rumteleskoper. Nå, nu er det tid til at huske forbindelsen mellem stof og geometri i generel relativitet: karakteren af ​​universets ekspansion er tæt forbundet med ligningen for materiens tilstand, med andre ord med forholdet mellem dens tæthed og tryk. Hvis sagen er almindelig (med positiv tæthed og tryk), så falder selve tætheden over tid, og udvidelsen aftager.

Hvis trykket er negativt og lige stort, men modsat i fortegn til energitætheden (så deres sum = 0), så er en sådan tæthed konstant i tid og rum - det er den såkaldte kosmologiske konstant, som fører til udvidelse med konstant acceleration.

Men for at accelerationen skal stige over tid, og det er ikke nok, skal summen af ​​tryk og energitæthed være negativ. Ingen har nogensinde observeret et sådant stof, men adfærden i den synlige del af universet synes at signalere dets tilstedeværelse. Beregninger viser, at et sådant mærkeligt, usynligt stof (kaldet "mørk energi") i den nuværende æra burde være omkring 70%, og denne andel er konstant stigende (i modsætning til almindeligt stof, som taber tæthed med stigende volumen, opfører mørk energi sig paradoksalt - universet udvider sig, og dens tæthed er stigende). Men (og vi har allerede talt om dette) det er netop sådanne eksotiske stoffer, der er det mest egnede "byggemateriale" til dannelsen af ​​ormehuller.

Det er fristende at fantasere: Før eller siden vil mørk energi blive opdaget, videnskabsmænd og teknologer vil lære at kondensere den og bygge ormehuller, og så varer det ikke længe, ​​før "drømme går i opfyldelse" - om tidsmaskiner og tunneler, der fører til stjernerne ...

Sandt nok er estimatet af tætheden af ​​mørk energi i universet, som sikrer dens accelererede ekspansion, noget nedslående: hvis mørk energi fordeles jævnt, er resultatet en helt ubetydelig værdi - omkring 10-29 g/cm3. For et almindeligt stof svarer denne densitet til 10 brintatomer pr. 1 m3. Selv interstellar gas er flere gange tættere. Så hvis denne vej til at skabe en tidsmaskine kan blive virkelig, vil det ikke være meget, meget snart.

Har brug for et donuthul

Hidtil har vi talt om tunnelformede ormehuller med glatte halse. Men GTR forudsiger også en anden type ormehul - og i princippet kræver de slet ikke noget distribueret stof. Der er en hel klasse af løsninger til Einsteins ligninger, hvor firedimensionel rumtid, flad langt fra feltkilden, eksisterer som i to kopier (eller ark), og de eneste ting, der er fælles for dem begge er en vis tynd ring (feltkilde) og en disk, denne ring begrænset.

Denne ring har en virkelig magisk egenskab: du kan "vandre" rundt i den, så længe du vil, forblive i "din" verden, men hvis du går igennem den, vil du finde dig selv i en helt anden verden, selvom den ligner " din." Og for at vende tilbage skal du gå gennem ringen igen (og fra enhver side, ikke nødvendigvis fra den, du lige er gået fra).

Selve ringen er enestående - krumningen af ​​rum-tid på den går til det uendelige, men alle punkter inde i den er helt normale, og en krop, der bevæger sig der, oplever ingen katastrofale virkninger.

Det er interessant, at der er rigtig mange sådanne løsninger - både neutrale og med en elektrisk ladning og med rotation og uden den. Dette er især den berømte løsning fra newzealænderen R. Kerr til et roterende sort hul. Den beskriver mest realistisk sorte huller af stjerne- og galaktiske skalaer (hvis de fleste astrofysikere ikke længere er i tvivl om eksistensen), da næsten alle himmellegemer oplever rotation, og under kompression accelererer rotationen kun, især under kollaps i et sort hul.

Så det viser sig, at det er roterende sorte huller, der er "direkte" kandidater til "tidsmaskiner"? Men sorte huller, der dannes i stjernesystemer, er omgivet og fyldt med varm gas og hård, dødbringende stråling. Ud over denne rent praktiske indvending er der også en grundlæggende indvending relateret til vanskelighederne ved at bevæge sig ud fra begivenhedshorisonten til et nyt rum-tids-"ark". Men dette er ikke værd at dvæle ved mere detaljeret, da ormehuller med enkeltstående ringe ifølge den generelle relativitetsteori og mange af dens generaliseringer kan eksistere uden nogen horisonter.

Så der er mindst to teoretiske muligheder for eksistensen af ​​ormehuller, der forbinder forskellige verdener: ormehullerne kan være glatte og sammensat af eksotisk stof, eller de kan opstå på grund af en singularitet, mens de forbliver gennemkørbare.

Rum og strenge

Tynde enkeltstående ringe ligner andre usædvanlige objekter forudsagt af moderne fysik - kosmiske strenge, som blev dannet (ifølge nogle teorier) i det tidlige univers, da supertæt stof afkølede og ændrede dets tilstande.

De ligner virkelig strenge, kun usædvanligt tunge - mange milliarder tons pr. centimeter længde med en tykkelse på en brøkdel af en mikron. Og som det blev vist af amerikaneren Richard Gott og franskmanden Gerard Clement, fra flere strenge, der bevæger sig i forhold til hinanden med høje hastigheder, er det muligt at skabe strukturer, der indeholder midlertidige loops. Det vil sige, at du ved at bevæge dig på en bestemt måde i disse strenges gravitationsfelt kan vende tilbage til udgangspunktet, før du forlod det.

Astronomer har ledt efter denne slags rumobjekter i lang tid, og i dag er der allerede én "god" kandidat - objektet CSL-1. Det er to overraskende ens galakser, som i virkeligheden sandsynligvis er én, kun todelt på grund af effekten af ​​gravitationslinser. Desuden er gravitationslinsen i dette tilfælde ikke sfærisk, men cylindrisk, der ligner en lang tynd tung tråd.

Vil den femte dimension hjælpe?

I tilfælde af at rum-tid indeholder mere end fire dimensioner, får ormehullernes arkitektur nye, hidtil ukendte muligheder.

I de senere år har begrebet en "branverden" vundet popularitet. Det antager, at alt observerbart stof er placeret på en eller anden firedimensionel overflade (betegnet med udtrykket "brane" - et afkortet ord for "membran"), og i det omgivende fem- eller seksdimensionelle volumen er der intet undtagen gravitationsfeltet. Tyngdefeltet på selve branen (og dette er det eneste vi observerer) adlyder de modificerede Einstein-ligninger, og de indeholder et bidrag fra geometrien af ​​det omgivende volumen.

Så dette bidrag kan spille rollen som eksotisk stof, der genererer ormehuller. Burrows kan være af enhver størrelse og har samtidig ikke deres egen tyngdekraft.

Dette udtømmer selvfølgelig ikke alle de mange forskellige "design" af ormehuller, og den generelle konklusion er, at på trods af alle de usædvanlige egenskaber og på trods af alle vanskeligheder af en grundlæggende, herunder filosofisk, karakter, som de kan føre til, deres mulige eksistens er værd at blive behandlet med fuld alvor og behørig opmærksomhed.

For eksempel kan det ikke udelukkes, at der eksisterer store huller i det interstellare eller intergalaktiske rum, om ikke andet på grund af koncentrationen af ​​den meget mørke energi, der accelererer udvidelsen af ​​universet.

Der er ikke noget klart svar på spørgsmålene – hvordan de kan se ud for en jordisk observatør, og om der er en måde at opdage dem på. I modsætning til sorte huller har ormehuller måske ikke engang noget mærkbart attraktivt felt (afstødning er også muligt), og derfor bør man ikke forvente mærkbare koncentrationer af stjerner eller interstellar gas og støv i deres nærhed.

Men hvis man antager, at de kan "kortslutte" områder eller epoker langt fra hinanden og passere strålingen fra armaturer gennem sig selv, er det meget muligt at forvente, at en fjern galakse vil virke usædvanlig tæt på.

På grund af universets udvidelse, jo længere væk galaksen er, desto større spektrumforskydning (mod det røde) kommer dens stråling til os. Men når man kigger gennem et ormehul, er der muligvis ikke en rødforskydning. Eller det bliver det, men noget andet. Nogle sådanne genstande kan observeres samtidigt på to måder - gennem hullet eller på den "sædvanlige" måde, "forbi hullet".

Et tegn på et kosmisk ormehul kunne således være følgende: observation af to objekter med meget ens egenskaber, men med forskellige tilsyneladende afstande og ved forskellige rødforskydninger.

Hvis der alligevel opdages (eller bygges) ormehuller, vil det område af filosofi, der beskæftiger sig med fortolkning af videnskab, stå over for nye og, det må siges, meget vanskelige opgaver. Og på trods af al den tilsyneladende absurditet af tidsløkker og kompleksiteten af ​​problemerne forbundet med kausalitet, vil dette videnskabsområde efter al sandsynlighed på en eller anden måde ordne det hele før eller siden. Ligesom jeg engang "klarede" kvantemekanikkens konceptuelle problemer og Einsteins relativitetsteori...

Kirill Bronnikov, doktor i fysiske og matematiske videnskaber

21:11 09/11/2018

👁 1 719

Denne tekst repræsenterer den tredje version af min bog om ormehuller og. Jeg forsøgte at gøre det forståeligt for den bredest mulige række af læsere. At forstå materialet kræver ikke særlig uddannelse af læseren; de mest generelle ideer fra et gymnasieforløb og kognitiv nysgerrighed vil være helt nok. Teksten indeholder ikke formler og indeholder ikke komplekse begreber. For at gøre tingene lettere at forstå, har jeg forsøgt at bruge forklarende illustrationer, hvor det er muligt. Denne version er blevet suppleret med nye afsnit og illustrationer. Der blev også foretaget rettelser, præciseringer og præciseringer til teksten. Hvis et afsnit af bogen virker kedeligt eller uforståeligt for læseren, så kan det springes over under læsningen uden større skade på forståelsen.

Hvad der almindeligvis kaldes et "ormehul" i astrofysik

I de senere år er der dukket mange rapporter op i medierne om videnskabsmænds opdagelse af visse hypotetiske genstande kaldet "ormehuller". Desuden er der endda latterlige rapporter om observationsdetektering af sådanne objekter. Jeg læste endda i tabloiderne om den praktiske brug af visse "ormehuller". Desværre er de fleste af disse rapporter meget langt fra sandheden; desuden har selv begrebet sådanne "ormehuller" ofte intet til fælles med det, der almindeligvis kaldes "ormehuller" i astrofysikken.

Alt dette fik mig til at skrive en populær (og samtidig pålidelig) præsentation af teorien om "ormehuller" i astrofysikken. Men først ting først.

Først lidt historie:

Den videnskabsbaserede teori om ormehuller opstod i astrofysikken tilbage i 1935 med Einsteins og Rosens banebrydende arbejde. Men i det banebrydende arbejde blev "ormehullet" af forfatterne kaldt en "bro" mellem forskellige dele af universet (det engelske udtryk er "bro"). I lang tid vakte dette arbejde ikke megen interesse blandt astrofysikere.

Men i 90'erne af det sidste århundrede begyndte interessen for sådanne genstande at vende tilbage. Først og fremmest var tilbagevenden af ​​interesse forbundet med en opdagelse i kosmologi, men jeg vil fortælle dig hvorfor og hvad forbindelsen er lidt senere.

Det engelsksprogede udtryk, der har slået rod for "ormehuller" siden 90'erne, er blevet til "ormehul", men de første til at foreslå dette udtryk tilbage i 1957 var de amerikanske astrofysikere Mizner og Wheeler (dette er den samme Wheeler, som anses for at være "faderen" ” af amerikanske brintbomber). "ormehul" er oversat til russisk som "ormehul". Mange russisktalende astrofysikere kunne ikke lide dette udtryk, og i 2004 blev det besluttet at afholde en afstemning om forskellige foreslåede vilkår for sådanne objekter. Blandt de foreslåede udtryk var: "ormehul", "ormehul", "ormehul", "bro", "ormehul", "tunnel" osv. Russisktalende astrofysikere, der har videnskabelige publikationer om dette emne (inklusive mig), deltog i afstemningen. Som et resultat af denne afstemning vandt udtrykket "ormehul", og jeg vil fremover skrive dette udtryk uden anførselstegn.

1. Så hvad kaldes almindeligvis et ormehul?

I astrofysik har ormehuller en klar matematisk definition, men her (på grund af dens kompleksitet) vil jeg ikke give den, og for den uforberedte læser vil jeg forsøge at give definitionen i enkle ord.

Man kan give forskellige definitioner til ormehuller, men fælles for alle definitioner er den egenskab, at et ormehul skal forbinde to ikke-buede områder af rummet. Krydset kaldes et ormehul, og dets centrale sektion kaldes ormehullets hals. Rummet nær halsen af ​​ormehullet er ret kraftigt buet. Begreberne "ubuet" eller "buet" kræver detaljeret forklaring her. Men jeg vil ikke forklare dette nu, og jeg beder læseren om at være tålmodig indtil næste afsnit, hvor jeg vil forklare essensen af ​​disse begreber.

Et ormehul kan forbinde enten to forskellige universer eller det samme univers i forskellige dele. I sidstnævnte tilfælde kan afstanden gennem ormehullet (mellem dets indgange) være kortere end afstanden mellem indgangene målt udefra (selvom dette slet ikke er nødvendigt).

Yderligere vil jeg bruge ordet "univers" (med et lille bogstav) til at henvise til den del af rum-tid, der er begrænset af indgangene til ormehuller og sorte huller, og ordet "univers" (med stort bogstav) vil betyder al rumtid, ikke noget begrænset.

Strengt taget ophører begreberne tid og afstand i buet rumtid med at være absolutte værdier, dvs. som vi ubevidst altid har været vant til at overveje dem. Men jeg giver disse begreber en fuldstændig fysisk betydning: vi taler om korrekt tid, målt af en observatør, der bevæger sig frit (uden raket eller andre motorer) næsten med lysets hastighed (teoretikere kalder ham normalt en ultrarelativistisk observatør).

Det er klart, at det er praktisk talt umuligt at skabe sådan en iagttager teknisk, men handler i Einsteins ånd, kan vi forestille os et tankeeksperiment, hvor iagttageren sadler en foton (eller en anden ultrarelativistisk partikel) og bevæger sig på den langs den korteste bane (som baron Munchausen på en kerne).

Her er det værd at huske på, at fotonen per definition bevæger sig langs den korteste vej; sådan en vej kaldes den nulgeodætiske linje i den generelle relativitetsteori. I almindeligt ukrumme rum kan to punkter kun forbindes med en nul geodætisk linje. I tilfælde af et ormehul, der forbinder indgange i det samme univers, kan der være mindst to sådanne veje for en foton (og begge er kortest, men ulige), og den ene af disse veje går gennem ormehullet, og den anden gør ikke.

Nå, det ser ud til, at jeg gav en forenklet definition af et ormehul i simple menneskelige ord (uden at bruge matematik). Det er dog værd at nævne, at ormehuller, som lys og andet stof kan passere igennem i begge retninger, kaldes traversable ormehuller (fra nu af vil jeg blot kalde dem ormehuller). Baseret på ordet "fremkommelig" opstår spørgsmålet: er der ufremkommelige ormehuller? Ja jeg har. Dette er objekter, der eksternt (ved hver af indgangene) er som et sort hul, men inde i et sådant sort hul er der ingen singularitet (i fysik er en singularitet en uendelig tæthed af stof, der river fra hinanden og ødelægger alt andet stof, der falder ind i det). Desuden er egenskaben singularitet obligatorisk for almindelige sorte huller. Og selve det sorte hul bestemmes af tilstedeværelsen af ​​en overflade (sfære), hvorunder selv lys ikke kan undslippe. Denne overflade kaldes sorthulshorisonten (eller begivenhedshorisonten).

Således kan stof komme ind i et uigennemtrængeligt ormehul, men kan ikke forlade det (ligner meget egenskaben for et sort hul). Desuden kan der også være semi-passable ormehuller, hvor stof eller lys kun kan passere gennem ormehullet i den ene retning, men ikke kan passere i den anden.

2. Krumningstunnel? krumning af hvad?

Ved første øjekast virker det ret attraktivt at skabe en ormehulstunnel fra et buet rum. Men når man tænker over det, begynder man at komme til absurde konklusioner.
Hvis du er i denne tunnel, hvilke vægge kan forhindre dig i at flygte fra den i tværgående retning?

Og hvad er disse vægge lavet af?

Kan det tomme rum virkelig forhindre os i at passere gennem dem?
Eller er den ikke tom?

For at forstå dette (jeg foreslår ikke engang at forestille sig det), lad os overveje rum, der ikke er buet af tyngdekraften. Lad læseren overveje, at dette er et almindeligt rum, som han altid er vant til at beskæftige sig med, og som han lever i. I det følgende vil jeg kalde et sådant rum fladt.

Figur 1. (original tegning af forfatteren)
Skematisk repræsentation af krumningen af ​​todimensionelt rum. Tallene angiver successive stadier af overgang: fra stadiet af ukrumme rum (1) til stadiet af et todimensionelt ormehul (7).

Lad os begynde med et punkt "O" i dette rum og tegne en cirkel rundt om det - se figur nr. 1 i figur 1. Lad både dette punkt og denne cirkel ligge på et eller andet plan i vores flade rum. Som vi alle godt ved fra skolens matematikkursus, er forholdet mellem længden af ​​denne cirkel og radius lig med 2π, hvor tallet π = 3,1415926535.... Desuden: forholdet mellem ændringen i omkredsen og tilsvarende ændring i radius vil også være lig med 2π (herefter vil vi for kortheds skyld blot sige ATTITUDE).

Lad os nu placere et legeme med masse M i vores punkt "O". Hvis vi tror på Einsteins teori og eksperimenter (som gentagne gange blev udført både på Jorden og i solsystemet), så vil rumtiden omkring kroppen være buet og det ovennævnte FORHOLD vil være mindre end 2π. Desuden, jo større massen M er, jo mindre er den – se figur nr. 2 – 4 i figur 1. Dette er rummets krumning! Men ikke kun rummet er buet, tiden er også buet, og det er mere korrekt at sige, at al rumtid er buet, fordi i relativitetsteorien kan det ene ikke eksistere uden det andet - der er ingen klar grænse mellem dem.

I hvilken retning er den bøjet? - du spørger.
Ned (under flyet) eller omvendt - op?

Det korrekte svar er, at krumningen vil være den samme for et hvilket som helst plan tegnet gennem punktet "O", og retningen har intet med det at gøre. Selve rummets geometriske egenskab ændres således, at forholdet mellem omkreds og radius også ændres! Nogle videnskabsmænd mener, at rummets krumning opstår i retning af en ny (fjerde) dimension. Men selve relativitetsteorien behøver ikke en ekstra dimension; tre rumlige og en tidsdimension er nok til det. Normalt tildeles tidsdimensionen et indeks på nul, og rum-tid betegnes som 3+1.
Hvor alvorlig vil denne krumning være?

For en cirkel, der er vores ækvator, vil det relative fald i RATIO være 10-9, dvs. for Jorden (længde af ækvator)/(Jordens radius) ≈ 2π (1 – 10-9)!!! Dette er en så ubetydelig tilføjelse. Men for en cirkel, der er ækvator, er dette fald allerede omkring 10-5, og selvom dette også er meget lille, måler moderne instrumenter nemt denne værdi.

Men der er flere eksotiske objekter i rummet end blot planeter og stjerner. For eksempel pulsarer, som er neutronstjerner (sammensat af neutroner). Tyngdekraften på overfladen af ​​pulsarer er monstrøs, og deres gennemsnitlige stoftæthed er omkring 1014 g/cm3 - utrolig tungt stof! For pulsarer er faldet i dette FORHOLD allerede omkring 0,1!

Men for sorte huller og ormehuller når faldet i denne RATIO enhed, dvs. selve HOLDNINGEN når nul! Det betyder, at når man bevæger sig mod midten, ændres omkredsen ikke nær horisonten eller halsen. Området af kuglen omkring sorte huller eller ormehuller ændres heller ikke. Strengt taget er den sædvanlige definition af længde ikke længere egnet for sådanne genstande, men dette ændrer ikke essensen. Desuden afhænger situationen for et sfærisk symmetrisk ormehul ikke af den retning, hvorfra vi bevæger os mod midten.

Hvordan kan du forestille dig dette?

Hvis vi betragter et ormehul, betyder det, at vi har nået en kugle med minimumsareal Smin=4π rmin2 med halsradius rmin. Denne kugle med minimalt areal kaldes ormehullets hals. Med yderligere bevægelse i samme retning finder vi ud af, at kuglens areal begynder at stige - det betyder, at vi har passeret nakken, flyttet ind i et andet rum og bevæger os væk fra midten.

Hvad sker der, hvis dimensionerne af den faldende krop overstiger dimensionerne af halsen?

For at besvare dette spørgsmål, lad os vende os til en todimensionel analogi - se figur 2.

Lad os antage, at kroppen er en todimensionel figur (et design skåret ud af papir eller andet materiale), og dette design glider langs en overflade, der er en tragt (som den vi har i et badekar, når der strømmer vand ind i den). Desuden glider vores tegning i retning af tragtens hals, så den presses mod tragtens overflade med hele dens overflade. Det er indlysende, at når designet nærmer sig halsen, øges krumningen af ​​tragtens overflade, og designets overflade begynder at deformeres i overensstemmelse med tragtens form på et givet sted i designet. Vores tegning (selvom det er papir) har ligesom enhver fysisk krop elastiske egenskaber, der forhindrer dens deformation.

Samtidig har designets materiale en fysisk effekt på det materiale, som tragten er lavet af. Vi kan sige, at både tragten og tegningen udøver elastiske kræfter på hinanden.

1. Tegningen er deformeret så meget, at den vil glide gennem tragten, og i dette tilfælde kan den falde sammen (rive).
2. Mønsteret og tragten er ikke deformeret nok til, at mønsteret kan glide igennem (dertil skal mønsteret være stort nok og stærkt nok). Så vil tegningen sætte sig fast i tragten og blokere dens hals for andre kroppe.
3. Tegningen (mere præcist tegningens materiale) vil ødelægge (rive) tragtens materiale, dvs. sådan et todimensionelt ormehul vil blive ødelagt.
4. Tegningen vil glide forbi tragtens hals (eventuelt rører den med dens kant). Men dette vil kun ske, hvis du ikke har fokuseret dit design præcist nok på retningen af ​​halsudskæringen.

De samme fire muligheder er også mulige for tredimensionelle fysiske legemers fald i tredimensionelle ormehuller. Det er sådan illusorisk, ved at bruge legetøjsmodeller som eksempel, forsøgte jeg at beskrive et ormehul i form af en tunnel uden vægge.

I tilfælde af et tredimensionelt ormehul (i vores rum) erstattes de elastiske kræfter af tragtmaterialet, diskuteret i det foregående afsnit, af gravitationelle tidevandskræfter - det er de samme kræfter, der forårsager ebbe og strømninger på Jorden under indflydelse af og.

I ormehuller og sorte huller kan tidevandskræfter nå monstrøse niveauer. De er i stand til at rive fra hinanden og ødelægge ethvert objekt eller stof, og nær singulariteten bliver disse kræfter generelt uendelige! Vi kan dog antage en ormehulsmodel, hvor tidevandskræfterne er begrænsede, og det er således muligt for vores robot (eller endda et menneske) at passere gennem et sådant ormehul uden at skade det.

Tidevandskræfter er ifølge Kip Thornes klassifikation af tre typer:

1. Tidevandsspændings-kompressionskræfter
2. Tidevandskræfter ved forskydningsdeformation
3. Tidevandskræfter af vridningsdeformation

Figur 3. (figur taget fra rapporten fra Kip Thorne, nobelpristager i fysik 2017) Til venstre er en illustration af virkningen af ​​tidevandsspændings-kompressionskræfter. Til højre er en illustration af virkningen af ​​tidevandsvridnings- og forskydningskræfter.

Selvom de sidste 2 typer kan reduceres til én - se figur 3.

4.Einsteins generelle relativitetsteori

I dette afsnit vil jeg tale om ormehuller inden for rammerne af den generelle relativitetsteori skabt af Einstein. Jeg vil diskutere forskellene fra ormehuller i andre teorier om tyngdekraft i et efterfølgende afsnit.

Hvorfor startede jeg min overvejelse med Einsteins teori?

Til dato er Einsteins relativitetsteori den enkleste og smukkeste af de ubestridte teorier om tyngdekraften: ikke et eneste eksperiment til dato har modbevist det. Resultaterne af alle eksperimenter er i fuld overensstemmelse med det i 100 år!!! Samtidig er relativitetsteorien matematisk meget kompleks.

Hvorfor så kompleks en teori?

Fordi alle andre konsekvente teorier viser sig at være endnu mere komplicerede...

Figur 4. (figur taget fra A.D. Lindes bog "Inflationary Cosmology")
Til venstre er en model af et kaotisk inflationært multi-element univers uden ormehuller, til højre er det det samme, men med ormehuller.

I dag er den "kaotiske inflation"-model grundlaget for moderne kosmologi. Denne model fungerer inden for rammerne af Einsteins teori og antager eksistensen (udover vores) af et uendeligt antal andre universer, der opstår efter "big bang", og danner under "eksplosionen" det såkaldte "rum-tidsskum". De første øjeblikke under og efter denne "eksplosion" er grundlaget for den "kaotiske inflation"-model.

I disse øjeblikke kan der opstå primære rum-tid-tunneler (relikt-ormehuller), som sandsynligvis fortsætter efter oppustning. Yderligere forbinder disse relikte ormehuller forskellige områder af vores og andre universer - se figur 4. Denne model blev foreslået af vores landsmand Andrei Linde, som nu er professor ved Stanford University. Denne model åbner op for en unik mulighed for at studere multi-element universet og opdage en ny type objekter - indgange til ormehuller.

Hvilke betingelser er nødvendige for eksistensen af ​​ormehuller?

En undersøgelse af ormehulsmodeller viser, at eksotisk stof er påkrævet for deres stabile eksistens inden for rammerne af relativitetsteorien. Nogle gange kaldes et sådant stof også fantomstof.

Hvorfor er sådan en sag nødvendig?

Som jeg skrev ovenfor, er stærk tyngdekraft nødvendig for eksistensen af ​​buet rum. I Einsteins relativitetsteori eksisterer tyngdekraft og buet rumtid uadskilleligt fra hinanden. Uden nok koncentreret stof rettes det buede rum ud, og energien fra denne proces udstråles i det uendelige i form af gravitationsbølger.
Men stærk tyngdekraft alene er ikke nok til en stabil eksistens af et ormehul – på denne måde kan man kun få et sort hul og (som konsekvens heraf) en begivenhedshorisont.

For at forhindre dannelsen af ​​et sort huls begivenhedshorisont er der brug for fantomstof. Sædvanligvis betyder eksotisk eller fantomstof en krænkelse af energibetingelserne af sådan materie. Dette er allerede et matematisk koncept, men vær ikke foruroliget - jeg vil beskrive det uden matematik. Som du ved fra et skolefysikkursus, har enhver fysisk fast krop elastiske kræfter, der modstår deformationen af ​​denne krop (jeg skrev om dette i forrige afsnit). I det mere generelle tilfælde af vilkårligt stof (væske, gas osv.) taler vi om stoffets iboende tryk, eller mere præcist om afhængigheden af ​​dette tryk af stoffets tæthed.

Fysikere kalder dette forhold ligningen for materiens tilstand.
Så for at stoffets energibetingelser kan overtrædes, er det nødvendigt, at summen af ​​tryk og energitæthed er negativ (energitæthed er massetæthed ganget med lysets hastighed i anden).

Hvad betyder det?

Nå, for det første, hvis vi betragter positiv masse, så burde trykket af sådan fantomstof være negativt. Og for det andet bør trykket af fantomstof i modul være stort nok til at give en negativ værdi, når det lægges til energitætheden.

Der er en endnu mere eksotisk udgave af fantomstof: Når vi umiddelbart overvejer negativ massetæthed og så spiller tryk ikke en grundlæggende rolle, men mere om det senere.

Og endnu mere overraskende er det, at i relativitetsteorien afhænger stoftætheden (energien) af den referenceramme, vi betragter dem i. For fantomstof fører dette til, at der altid er en referenceramme (bevæger sig i forhold til laboratorierammen næsten med lysets hastighed), hvor tætheden af ​​fantomstof bliver negativ. Af denne grund er der ingen grundlæggende forskel for fantomstof: om dens tæthed er positiv eller negativ.

Findes sådan noget overhovedet?

Og nu er det tid til at huske opdagelsen af ​​mørk energi i kosmologi (forveksle det ikke med begrebet "mørk stof" - dette er et helt andet stof). Mørk energi blev opdaget i 90'erne af forrige århundrede, og det var nødvendigt for at forklare den observerede accelererede udvidelse af universet. Ja, ja – universet udvider sig ikke bare, men udvider sig med acceleration.

7. Hvordan ormehuller kunne have dannet sig i universet

Alle metriske teorier om tyngdekraften (og Einsteins teori blandt dem) bekræfter princippet om topologibevarelse. Det betyder, at hvis et ormehul har én topologi, så vil det med tiden ikke kunne have en anden. Dette betyder også, at hvis et rum ikke har en torus topologi, så vil objekter med en torus topologi ikke kunne optræde i det samme rum.

Derfor kan ringhuller (ormehuller med torustopologi) ikke optræde i et ekspanderende univers og kan ikke forsvinde! De der. hvis topologien under "big bang" blev forstyrret (processen af ​​"big bang" kan ikke beskrives af en metrisk teori - for eksempel Einsteins teori), så i de første øjeblikke af eksplosionen, i "rum- tidsskum” (jeg skrev om det ovenfor - ringhuller, som så kan blive til ufremkommelige ormehuller med samme torustopologi, men de vil ikke længere være i stand til at forsvinde helt - derfor kaldes de relikt-ormehuller.

Men ormehuller med en sfæres topologi i Einsteins teori kan dukke op og forsvinde (selvom i strengt topologisk sprogbrug vil dette ikke være den samme topologi af en sfære som for ormehuller, der forbinder forskellige universer, men jeg vil ikke gå dybere ind i disse matematiske jungler her ). Jeg kan igen illustrere, hvordan dannelsen af ​​ormehuller med en kugles topologi kan ske ved at bruge eksemplet på en todimensionel analogi - se figur nr. 5 - 7 i figur 1. Sådanne todimensionelle ormehuller kan "pustes op" som et barns gummibold på et hvilket som helst tidspunkt i et fladt gummi "univers." Desuden bliver topologien ikke krænket nogen steder i processen med en sådan "inflation" - der er ingen pauser nogen steder. I det tredimensionelle rum (tredimensionelle sfære) sker alt analogt – ligesom jeg beskrev ovenfor.

8. Er det muligt at lave en tidsmaskine af et ormehul?

Blandt litterære værker kan man finde mange forskellige romaner om en tidsmaskine. Desværre er de fleste af dem myter, der ikke har noget at gøre med det, man i fysik almindeligvis kalder TIDSMASKINEN. Så i fysik kaldes en tidsmaskine normalt for materielle legemers lukkede verdenslinjer. Med verdenslinje mener vi banen for en krop tegnet ikke i rummet, men i rum-tid!

Desuden skal længden af ​​disse linjer have makroskopiske dimensioner. Det sidste krav skyldes, at i kvantefysikken (i mikroverdenen) er lukkede verdenslinier af partikler almindelige. Men kvanteverdenen er en helt anden sag. I den er der for eksempel en kvantetunneleffekt, som tillader en mikropartikel at passere gennem en potentiel barriere (gennem en uigennemsigtig væg). Husker du helten Ivanushka (spillet af Alexander Abdulov) i filmen Sorcerers, hvor han gik gennem muren? Et eventyr, selvfølgelig, men rent videnskabeligt set har et stort makroskopisk legeme også mulighed for at passere gennem en mur (kvantetunnelering).

Men hvis vi beregner denne sandsynlighed, viser den sig at være så lille, at det nødvendige antal forsøg (som er lig med et divideret med denne lille sandsynlighed), der kræves for vellykket kvantetunnelering, er næsten uendeligt. Mere specifikt burde antallet af sådanne forsøg overstige antallet af alle elementære partikler i universet!

Dette er nogenlunde samme situation med forsøget på at skabe en tidsmaskine ud fra en kvanteløkke - næsten utroligt.

Men vi vil stadig vende tilbage til spørgsmålet om at skabe en tidsmaskine ved hjælp af et ormehul. Til dette (som jeg allerede sagde) har vi brug for lukkede verdenslinjer. Sådanne linjer findes i øvrigt inde i roterende sorte huller. Forresten findes de i nogle modeller af det roterende univers (Godels løsning).

Men for at sådanne linjer kan vises inde i ormehuller, skal to betingelser være opfyldt:

For det første skal ormehullet være et ringhul, dvs. forbinde forskellige områder af det samme univers.

Og for det andet skal dette ormehul rotere hurtigt nok (i den rigtige retning).

Udtrykket "hurtigt nok" betyder her, at hastigheden af ​​stof, der bevæger sig i den, skal være tæt på lysets hastighed.

Det er alt? – spørger du, vil vi være i stand til at rejse til fortiden og tilbage? Fysikere i dag kan ikke besvare dette spørgsmål matematisk korrekt. Faktum er, at den matematiske model, der skal beregnes, er så kompleks, at det simpelthen er umuligt at konstruere en analytisk løsning. Desuden: i dag er der ikke en eneste analytisk løsning til ringhuller - der er kun omtrentlige numeriske beregninger lavet på computere.

Min personlige mening er, at selvom det er muligt at opnå en lukket verdenslinie, vil den blive ødelagt af stof (som vil bevæge sig langs denne løkke), selv før løkken lukkes. De der. en tidsmaskine er umulig, ellers kunne vi gå tilbage i tiden og for eksempel dræbe vores bedstemor der, allerede før hendes børn blev født - en åbenlys modsigelse i logikken. De der. Det er muligt kun at opnå tidsløkker, der ikke kan påvirke vores fortid. Af samme logiske grund vil vi ikke være i stand til at se ind i fremtiden, mens vi forbliver i nuet. Vi kan kun transporteres helt ind i fremtiden, og det vil være umuligt at vende tilbage fra det, hvis vi allerede er gået ind i det. Ellers vil årsag-virkning-forholdet mellem hændelser blive brudt (og efter min mening er det umuligt).

9. Ormehuller og evig bevægelse

Egentlig har ormehuller ikke i sig selv nogen direkte relation til evig bevægelse, men ved hjælp af fantomstof (som er nødvendig for den stationære eksistens af et ormehul) er det i princippet muligt at skabe en såkaldt evighedsmaskine af den tredje venlig.

Lad mig minde dig om en af ​​de fantastiske egenskaber ved fantomstof (se ovenfor): der er altid en referenceramme (bevæger sig i forhold til laboratorierammen næsten med lysets hastighed), hvor tætheden af ​​fantomstof bliver negativ. Lad os forestille os en krop med negativ masse (lavet af fantomstof). Ifølge loven om universel gravitation vil dette legeme blive tiltrukket af et almindeligt legeme med positiv masse. På den anden side vil en almindelig krop skulle afvise fra en krop med negativ masse. Hvis de absolutte masser af disse legemer er de samme, så vil legemerne "jage" hinanden i det uendelige.

Funktionsprincippet for en evighedsmaskine af den tredje slags er baseret (rent teoretisk) på denne effekt. Imidlertid er muligheden for at udvinde energi (til den nationale økonomis behov) fra dette princip ikke blevet strengt bevist til dato hverken matematisk eller fysisk (selvom sådanne forsøg er blevet gjort flere gange).
Desuden troede og tror forskerne ikke på muligheden for at skabe en evighedsmaskine, og dette er hovedargumentet mod eksistensen af ​​fantomstof og mod ormehuller... Personligt tror jeg heller ikke på muligheden for at skabe en evighedsmaskine, men jeg indrømmer muligheden for eksistensen af ​​visse typer fantomstof i naturen.

10. Forbindelsen mellem ormehuller og sorte huller

Som jeg skrev ovenfor, kunne de første relikvie-ormehuller, der kunne være dannet i universet efter "big bang", i sidste ende vise sig at være ufremkommelige. De der. passage gennem dem er umulig. I matematiske termer betyder det, at der opstår en "fangehorisont" ved ormehullet, nogle gange også kaldet en rumlignende udsynshorisont. Selv lys kan ikke undslippe under den fangede horisont, og endnu mindre kan andre vigtige ting.

Du kan spørge: "Hvad, horisonter er forskellige?" Ja, der er flere typer horisonter i teorier om tyngdekraft, og når de siger, at et sort hul har en horisont, så mener de normalt en begivenhedshorisont.

Jeg vil sige mere: et ormehul skal også have en horisont, denne horisont kaldes sigtbarhedshorisonten, og der findes også flere typer af sådanne horisonter. Men det vil jeg ikke komme ind på her.

Således, hvis et ormehul er ufremkommeligt, så er det udadtil næsten umuligt at skelne det fra et sort hul. Det eneste tegn på sådan et ormehul kan kun være et monopol magnetfelt (selvom ormehullet måske slet ikke har det).

Udtrykket "eksklusivt felt" betyder, at feltet kommer lige ud af ormehullet i én retning, dvs. marken kommer enten ud af ormehullet på alle sider (som nålene på et pindsvin), eller kommer ind i det fra alle sider - se figur 6.

Eksistensen af ​​et monopol magnetfelt i et sort hul er forbudt af den såkaldte sætning "Om fravær af hår i et sort hul."

For et elektrisk monopolfelt betyder denne egenskab normalt, at der er en elektrisk ladning inde i overfladen, hvorunder feltet kommer ind (eller forlader). Men magnetiske ladninger er ikke fundet i naturen, så hvis et felt kommer ind i et ormehul ved en af ​​indgangene, så skal det forlade det ved den anden indgang til ormehullet (eller omvendt). Det er således muligt at implementere et interessant koncept i teoretisk fysik, dette koncept kaldes “charge without charge”.

Det betyder, at et magnetisk ormehul ved hver af dets indgange vil ligne en magnetisk ladning, men ladningerne af indgangene er modsatte (+ og -), og derfor er den samlede ladning af ormehulsindgangene nul. Faktisk burde der ikke være nogen magnetiske ladninger, det er bare, at det eksterne magnetfelt opfører sig, som om der er det – se figur 6.

Passable ormehuller har deres egne karakteristiske træk, som kan bruges til at skelne dem fra sorte huller, og det vil jeg skrive om i næste afsnit.
Hvis et ormehul er ufremkommeligt, kan det ved hjælp af fantomstof gøres farbart. Nemlig hvis vi "vander" et ufremkommeligt ormehul med fantomstof fra en af ​​dets indgange, så bliver det farbart fra den modsatte indgang og omvendt. Ganske vist opstår og forbliver spørgsmålet: hvordan kan en rejsende (der ønsker at gå gennem et ufremkommeligt ormehul) informere sin assistent ved indgangen til ormehullet overfor ham (lukket fra ham ved horisonten), at han (den rejsende) allerede er i nærheden af hans indgang og det er tid til at begynde at “vande” ” den modsatte indgang med fantomstof, så ormehullet bliver semi-fremkommeligt i den retning den rejsende ønsker.

For at et ufremkommeligt ormehul skal blive helt fremkommeligt, skal det således "vandes" med fantomstof fra begge dets indgange samtidigt. Desuden skal der være en tilstrækkelig mængde fantomstof; hvad er et svært spørgsmål præcist; svaret på det kan kun gives ved en nøjagtig numerisk beregning for en specifik model (sådanne modeller er allerede blevet beregnet tidligere i videnskabelige publikationer). I astrofysikken var der endda et udtryk for, at fantomstof er så forfærdeligt, at det endda opløser sorte huller i sig selv! For at være retfærdig skal det siges, at et sort hul, der er opløst, ikke nødvendigvis danner et ormehul.

Almindelig stof i tilstrækkelige mængder "låser" tværtimod ormehullet, dvs. gør det ufremkommeligt. Således kan vi sige, at i denne forstand er indbyrdes omdannelse af sorte huller og ormehuller mulig.

11.Sorte og hvide huller som en type ormehul

Jeg går ud fra, at læseren indtil nu har været under indtryk af, at sorte huller er genstande, hvorfra intet nogensinde kan komme ud (inklusive selv lys). Dette er ikke et helt sandt udsagn.

Faktum er, at i næsten alle sorte huller afviser singulariteten stof (og lys), når det flyver for tæt på det (allerede under det sorte huls horisont). Den eneste undtagelse fra dette fænomen kunne være de såkaldte Schwarzschild sorte huller, dvs. dem, der ikke roterer og ikke har nogen elektrisk ladning. Men for dannelsen af ​​et sådant Schwarzschild sort hul kræver dets bestanddele sådanne begyndelsesbetingelser, hvis mål er nul på sættet af alle mulige begyndelsesbetingelser!

Med andre ord, når der dannes et sort hul, vil det helt sikkert have rotation (selv om det er meget lille), og der vil helt sikkert være en elektrisk ladning (selvom det er elementært), dvs. det sorte hul vil ikke være Schwarzschild. I det følgende vil jeg kalde sådanne sorte huller virkelige. Ægte sorte huller har deres egen klassifikation: Kerr (for et roterende sort hul), Reisner-Nordström (for et ladet sort hul) og Kerr-Newman (for et roterende og ladet sort hul).

Hvad sker der med en partikel, der frastødes af en singularitet inde i et rigtigt sort hul?

Partiklen vil ikke længere være i stand til at flyve tilbage - det ville modsige fysikkens love i et sort hul, fordi partiklen er allerede faldet ind under begivenhedshorisonten. Men det viser sig, at topologien inde i sorte huller viser sig at være ikke-triviel (kompleks). Dette fører til det faktum, at efter at være faldet under horisonten af ​​et sort hul, bliver alt stof, partikler og lys smidt ud af singulariteten til et andet univers.

I universet, hvor alt dette flyver ud, er der et hvidt hul - det er fra det, at stof (partikler, lys) flyver ud. Men alle miraklerne slutter ikke der... Faktum er, at det samme sted i rummet, hvor der er dette hvide hul (i et andet univers), er der også et sort hul.

Stof, der falder ned i det sorte hul (i et andet univers), oplever en lignende proces og flyver ud i det næste univers. Og så videre... Ydermere er bevægelse fra et univers til et andet altid kun mulig i én retning: fra fortiden til fremtiden (i rum-tid). Denne retning er forbundet med årsag-og-virkning-forholdet mellem begivenheder i enhver rum-tid. I kraft af sund fornuft og logik antager videnskabsmænd, at årsag-virkning-forholdet aldrig bør brydes.

Læseren kan have et logisk spørgsmål: Vil der nødvendigvis være et hvidt hul i vores univers – hvor der allerede er et sort hul, og hvorfra stof kunne flyve ud til os fra det tidligere univers? For eksperter i topologien af ​​sorte huller er dette et vanskeligt spørgsmål, og svaret på det er "ikke altid." Men i princippet kan sådan en situation godt eksistere (når et sort hul i vores univers også er et hvidt hul fra et andet – tidligere univers). Desværre kan vi endnu ikke svare på spørgsmålet – hvilken situation er mere sandsynlig (om et sort hul i vores univers samtidig er et hvidt hul fra det tidligere univers eller ej).

Så sådanne genstande - sorte og hvide huller - har også et andet navn: "dynamiske ormehuller". De kaldes dynamiske, fordi de altid har et område under horisonten af ​​det sorte hul (denne region kaldes T-regionen), hvori det er umuligt at skabe en stiv referenceramme, og hvor alle partikler eller stof ville være kl. hvile. I T-regionen bevæger stoffet sig ikke bare hele tiden – det bevæger sig med varierende hastigheder hele tiden.

Men mellem singulariteten og T-regionen i rigtige sorte huller er der altid stadig et mellemrum med en almindelig region, denne region kaldes R-regionen. Især rum uden for et sort hul har også egenskaberne som et R-område. Så frastødningen af ​​stof fra singulariteten forekommer netop i den indre R-region.

Figur 7. (forfatteren tog Carter-Penrose diagrammet for Reisner-Nordström sorte hul som grundlag for figuren) Figuren til venstre viser skematisk et rum med en ikke-triviel (kompleks) topologi af Reisner-Nordström sorte -og-hvidt hul (Carter-Penrose diagram). Til højre er passagen af ​​en partikel gennem dette sort-hvide hul: uden for den sorte cirkel er den ydre R-region, mellem de grønne og sorte cirkler er T-regionen, under den grønne cirkel er den indre R- regionen og singulariteten.

Af disse grunde er det umuligt at beregne og konstruere en enkelt bane af en partikel, der krydser et sort-hvidt hul i begge universer på én gang. For en sådan konstruktion er det nødvendigt at opdele den ønskede bane i to sektioner og "sy" disse sektioner sammen i den indre R-region (kun dér kan dette gøres) - se figur 7.

Som jeg har skrevet før, kan tidevandskræfter rive stof fra hinanden, før det når et andet univers. Desuden, inde i et sort-hvidt hul, opnås de maksimale tidevandskræfter ved punktet med minimumsradius (i det indre R-område). Jo tættere et rigtigt sort hul er i dets egenskaber på et Schwarzschild, jo større vil disse kræfter være maksimalt, og jo mindre chance har stof for at overvinde det sort-hvide hul uden ødelæggelse.

Disse egenskaber af rigtige sorte huller bestemmes af målet for deres spin (dette er deres vinkelmomentum divideret med kvadratet af deres masse) og målet for deres ladning (dette er deres ladning divideret med deres masse). Hver af disse egenskaber (disse mål) kan ikke være større end én for rigtige sorte huller. Derfor, jo større nogen af ​​disse mål er for én, jo færre tidevandskræfter vil der være i et sådant sort hul ved deres maksimum, og jo større er chancerne for materie (eller en person) til at overvinde et sådant sort og hvidt hul uden ødelæggelse. Desuden, uanset hvor paradoksalt det lyder, jo tungere det rigtige sorte hul er, jo færre tidevandskræfter vil være maksimalt!

Dette sker, fordi tidevandskræfter ikke kun er gravitationskræfter, men en gradient af gravitationskraften (dvs. hastigheden for ændring af gravitationskraften). Derfor, jo større det sorte hul er, desto langsommere ændrer gravitationskræfterne sig i det (på trods af at selve gravitationskræfterne kan være enorme). Derfor vil gravitationsgradienten (dvs. tidevandskræfter) være mindre i større sorte huller.

For eksempel, for et sort hul med en masse på flere millioner solmasser (i midten af ​​vores galakse er der et sort hul med en masse på ≈ 4,3 millioner solmasser), er tidevandskræfterne i dets horisont små nok til en person at flyve dertil og på samme tid intet, jeg ikke ville have følt det i det øjeblik, det passerede horisonten. Og i universet er der også meget tungere sorte huller - med en masse på flere milliarder solmasser (som f.eks. i kvasaren M87) ... Jeg vil forklare, at kvasarer er de aktive (stærkt glødende) kerner i fjerne galakser .

Da stof eller lys, som jeg skrev, stadig kan flyve fra et univers til et andet gennem et sort-hvidt hul uden ødelæggelse, kan sådanne objekter med rette kaldes en anden type ormehul uden fantomstof. Desuden kan eksistensen af ​​denne særlige type dynamiske ormehuller i universet betragtes som praktisk bevist!

Original video af forfatteren (fra hans udgivelse), der illustrerer det frie, radiale fald af en støvkugle i et sort og hvidt hul (alle støvpartikler på kuglen lyser monokromgrønt). Cauchy-horisontens radius af dette sort-hvide Reissner-Nordström-hul er 2 gange mindre end radius af den ydre horisont. Observatøren falder også frit og radialt (følger denne kugle), men fra en lidt større afstand.

I dette tilfælde når først grønne fotoner fra kuglens støvkorn observatøren med et rødt (og derefter violet) gravitationsskift. Hvis observatøren forblev ubevægelig i forhold til det sort-hvide hul, så efter at kuglen krydsede synlighedshorisonten, ville det røde skift af fotoner for observatøren blive uendeligt, og han ville ikke længere være i stand til at observere denne støvkugle. Men takket være iagttagerens frie fald kan han se kuglen hele tiden (hvis vi ikke tager højde for det kraftige røde skift af fotoner) - inkl. og de øjeblikke, hvor sfæren krydser begge horisonter, og mens iagttageren selv krydser disse horisonter, og selv efter at sfæren passerer gennem halsen på dette dynamiske ormehul (sort-hvide hul) - og støvpartiklernes udgang til et andet univers .

Nedenfor er en radiusskala for observatøren (markeret med et gult mærke), punktet på støvskallen tættest på observatøren (markeret med et grønt mærke), det punkt på støvskallen, der er længst væk fra observatøren, hvorfra fotoner komme til observatøren (markeret med et tyndt hvidt mærke), samt placeringen af ​​horisontens sorte hul (rødt mærke), Cauchy-horisonten (blåt mærke) og halspunktet (lilla mærke).

12. Multivers

Begrebet Multiverse identificeres normalt med den ikke-trivielle topologi i rummet, der omgiver os. Desuden, i modsætning til begrebet "multivers" i kvantefysikken, betyder de tilstrækkeligt store rumlige skalaer, hvor kvanteeffekter fuldstændigt kan negligeres. Hvad er en ikke-triviel topologi? Jeg vil forklare dette med simple eksempler. Lad os forestille os to genstande støbt af plasticine: en almindelig kop med et håndtag og en underkop til denne kop.

Uden at rive plasticinen og uden at lime overfladerne, men kun ved plastisk deformation af plasticinen, kan en tallerken forvandles til en kugle, men det er på ingen måde muligt at blive til en kop eller en donut. For en kop er det omvendt: På grund af dets håndtag kan koppen ikke forvandles til en underkop eller til en kugle, men den kan omdannes til en doughnut. Disse fælles egenskaber for en tallerken og en kugle svarer til deres fælles topologi - topologien af ​​en kugle, og de fælles egenskaber for en kop og en doughnut - topologien af ​​en torus.

Så topologien af ​​en kugle (underkop og kugle) anses for at være triviel, og den mere komplekse topologi af en torus (kop og donut) anses for at være ikke-triviel, selvom der er andre, endnu mere komplekse typer ikke -triviel topologi - ikke kun topologien af ​​en torus. Universet omkring os består af mindst tre rumlige (længde, bredde, højde) og engangsdimensioner, og topologibegreberne overføres naturligvis til vores verden.

Hvis to forskellige universer med en kugles topologi er forbundet med kun ét ormehul (håndvægt), så vil det resulterende univers også have en triviel topologi af en kugle. Men hvis to forskellige dele af et univers er forbundet med hinanden af ​​et ormehul (vægt), så vil et sådant univers have en ikke-triviel torustopologi.

Hvis to forskellige universer med en kugles topologi er forbundet med to eller flere ormehuller, vil det resulterende univers have en ikke-triviel topologi. Et system af universer forbundet af flere ormehuller vil også have en ikke-triviel topologi, hvis der er mindst én lukket linje, der ikke kan trækkes sammen til ét punkt ved nogen jævn deformation.

På trods af deres tiltrækningskraft har ormehuller to væsentlige ulemper: de er ustabile, og deres eksistens kræver tilstedeværelsen af ​​eksotisk (eller fantom) stof. Og hvis deres stabilitet stadig kan realiseres kunstigt, så tror mange videnskabsmænd simpelthen ikke på muligheden for eksistensen af ​​fantomstof. Baseret på ovenstående kan det se ud til, at uden ormehuller er eksistensen af ​​Multiverse umulig. Men det viser sig, at det ikke er tilfældet: Eksistensen af ​​rigtige sorte huller er ganske tilstrækkeligt til multiversets eksistens.

Som jeg allerede har sagt, er der inde i alle sorte huller en singularitet - dette er et område, hvor tætheden af ​​energi og stof når uendelige værdier. I næsten alle sorte huller afviser singulariteten stof (og lys), når det kommer for tæt på det (allerede under det sorte huls horisont).

Den eneste undtagelse fra dette fænomen kunne være de såkaldte Schwarzschild sorte huller, det vil sige dem, der slet ikke roterer, og som ikke har nogen elektrisk ladning. Et Schwarzschild sort hul har en triviel topologi. Men for dannelsen af ​​et sådant Schwarzschild sort hul kræver det stof, der danner det, sådanne begyndelsesbetingelser, hvis mål er nul på sættet af alle mulige begyndelsesbetingelser!

Med andre ord, når der dannes et sort hul, vil det helt sikkert have rotation (selv om det er meget lille), og der vil helt sikkert være en elektrisk ladning (selv om det er elementært), det vil sige, at det sorte hul ikke vil være Schwarzschild. Sådanne sorte huller kalder jeg virkelige.

Et Schwarzschild sort hul har en singularitet inde i en central sfære med uendeligt lille areal. Et rigtigt sort hul har en singularitet på en ring, der ligger i ækvatorialplanet under begge horisonter af det sorte hul. Det er værd at tilføje her, at i modsætning til det sorte hul i Schwarzschild har et rigtigt sort hul ikke én, men to horisonter. Desuden skifter de matematiske tegn på rum og tid sted mellem disse horisonter (selvom det slet ikke betyder, at rum og tid selv skifter sted, som nogle videnskabsmænd mener).

Hvad vil der ske med en partikel, der frastødes af en singularitet inde i et rigtigt sort hul (allerede under dens indre horisont)? Partiklen vil ikke længere være i stand til at flyve tilbage: Dette ville modsige fysikkens love og kausalitet i et sort hul, da partiklen allerede er faldet ind under begivenhedshorisonten. Dette fører til det faktum, at efter at være faldet under den indre horisont af et rigtigt sort hul, bliver ethvert stof, partikler, lys smidt ud af singulariteten til et andet univers.

Dette er fordi, i modsætning til Schwarzschild sorte huller, viser topologien inde i rigtige sorte huller sig at være ikke-triviel. Er det ikke fantastisk? Selv en let drejning af et sort hul fører til en radikal ændring i dets topologis egenskaber! I universet, hvor stoffet så flyver ud, er der et hvidt hul – alt flyver ud af det. Men alle miraklerne slutter ikke der... Faktum er, at det samme sted i rummet, hvor der er dette hvide hul, i et andet univers, er der også et sort hul. Stof, der falder ned i det sorte hul i et andet univers, gennemgår en lignende proces og flyver ud i det næste univers, og så videre.

Ydermere er bevægelse fra et univers til et andet altid kun mulig i én retning - fra fortiden til fremtiden (i rum-tid). Denne retning er forbundet med årsag-og-virkning-forholdet mellem begivenheder i enhver rum-tid. I kraft af sund fornuft og logik antager videnskabsmænd, at årsag-virkning-forholdet aldrig bør brydes. Et sådant objekt kaldes normalt et sort-hvidt hul (i denne forstand kunne et ormehul kaldes et hvidt-hvidt hul). Dette er Multiverset, som eksisterer takket være eksistensen af ​​rigtige sorte huller, og eksistensen af ​​ormehuller og fantomstof er ikke nødvendig for dets eksistens.

Jeg antager, at det for de fleste læsere vil være svært at forestille sig, at der i det samme område af rummet (inden for den samme kugle med horisontens radius af et sort hul) ville være to fundamentalt forskellige objekter: et sort hul og et hvidt hul. Men matematisk kan dette bevises ganske strengt.

Jeg inviterer læseren til at forestille sig en simpel model: indgangen (og udgangen) af en bygning med en drejedør. Denne dør kan kun dreje i én retning. Inde i bygningen er indgangen og udgangen nær denne dør adskilt af tællekors, så besøgende kun kan passere i én retning (ind- eller udgang), men uden for bygningen er der ingen tællekors. Lad os forestille os, at inde i bygningen deler disse drejekors hele bygningen i 2 dele: univers nr. 1 for at komme ud af bygningen og univers nr. 3 for at komme ind i den, og uden for bygningen er der univers nr. 2 - det, hvor du og Jeg lever. Inde i bygningen tillader drejekorserne desuden kun bevægelse i retningen fra nr. 1 til nr. 3. En sådan simpel model illustrerer godt virkningen af ​​et sort-hvidt hul og forklarer, at uden for en bygning kan besøgende, der går ind og ud, kollidere med hinanden, men inde i en bygning kan de ikke på grund af bevægelsens ensrettede bevægelse (ligesom partikler af stof i de tilsvarende universer).

Faktisk er de fænomener, der ledsager stof under en sådan udstødning til et andet univers, ret komplekse processer. Hovedrollen i dem begynder at blive spillet af gravitationelle tidevandskræfter, som jeg skrev om ovenfor. Men hvis det stof, der kommer ind i det sorte hul, ikke når singulariteten, så forbliver tidevandskræfterne, der virker på det, altid begrænsede, og det viser sig således at være grundlæggende muligt for en robot (eller endda en person) at passere igennem sådan et sort-hvidt hul uden at skade det. Desuden, jo større og mere massivt det sorte hul er, jo mindre vil tidevandskræfterne være maksimalt...

Læseren kan have et logisk spørgsmål: Vil der nødvendigvis være et hvidt hul i vores univers, hvor der allerede er et sort hul, og hvorfra stof fra det tidligere univers kunne flyve ud til os? For eksperter i sorthulstopologi er dette et vanskeligt spørgsmål, og svaret er "ikke altid." Men i princippet kan sådan en situation godt eksistere – når et sort hul i vores univers også er et hvidt hul fra et andet, tidligere univers. Besvar spørgsmålet "Hvilken situation er mere sandsynlig?" (om det sorte hul i vores univers også er et hvidt hul fra det tidligere univers eller ej), kan vi desværre ikke endnu.

Selvfølgelig vil det i dag og i den nærmeste fremtid ikke være teknisk muligt at sende selv en robot til et sort hul, men nogle fysiske effekter og fænomener, der er karakteristiske for ormehuller og sort-hvide huller, har så unikke egenskaber, at observationsastronomi i dag har komme tæt på at opdage dem og som følge heraf opdagelsen af ​​sådanne genstande.

13. Hvordan et ormehul skal se ud gennem et kraftigt teleskop

Som jeg allerede skrev, hvis et ormehul er ufremkommeligt, vil det være meget svært at skelne det fra et sort hul. Men hvis det er acceptabelt, så kan du gennem det observere objekter og stjerner i et andet univers.

Figur 9. (original tegning af forfatteren)
Det venstre panel viser et udsnit af stjernehimlen observeret gennem et cirkulært hul i det samme univers (1 million identiske, jævnt fordelte stjerner). Det midterste panel viser stjernehimlen i et andet univers, set gennem et statisk ormehul (1 million forskellige billeder fra 210.069 identiske og jævnt fordelte stjerner i et andet univers). Det højre panel viser stjernehimlen i et andet univers set gennem et sort-hvidt hul (1 million forskellige billeder fra 58.892 identiske og jævnt fordelte stjerner i et andet univers).

Lad os overveje den enkleste (hypotetiske) model af stjernehimlen: Der er en hel del identiske stjerner på himlen, og alle disse stjerner er jævnt fordelt over himmelsfæren. Så vil billedet af denne himmel, observeret gennem et cirkulært hul i det samme univers, være som vist i venstre panel i figur 9. Dette venstre panel viser 1 million identiske, jævnt fordelte stjerner, så billedet ser ud til at være en næsten ensartet, cirkulær klat.

Hvis vi observerer den samme stjernehimmel (i et andet univers) gennem halsen på et ormehul (fra vores univers), så vil billedet af billederne af disse stjerner se nogenlunde ud som vist i

At rejse gennem rum og tid er ikke kun muligt i science fiction-film og science fiction-bøger, lidt mere, og det kan blive en realitet. Mange kendte og respekterede specialister arbejder på undersøgelsen af ​​sådanne fænomener som ormehuller og rum-tid-tunneler.

Et ormehul, som defineret af fysikeren Eric Davis, er en slags kosmisk tunnel, også kaldet en hals, der forbinder to fjerne områder i universet eller to forskellige universer - hvis andre universer eksisterer - eller to forskellige tidsperioder eller forskellige rumlige dimensioner . På trods af at deres eksistens ikke er blevet bevist, overvejer forskere seriøst alle mulige måder at bruge gennemkørbare ormehuller på, forudsat at de findes, til at tilbagelægge afstande med lysets hastighed og endda rejse gennem tiden.

Før du bruger ormehuller, skal forskerne finde dem. I dag er der desværre ikke fundet beviser for eksistensen af ​​ormehuller. Men hvis de findes, er deres placering måske ikke så vanskelig, som det ser ud til ved første øjekast.

Hvad er ormehuller?

I dag er der flere teorier om oprindelsen af ​​ormehuller. Matematiker Ludwig Flamm, der brugte Albert Einsteins relativitetsligninger, var den første til at opfinde udtrykket "ormehul", der beskriver den proces, hvor tyngdekraften kan bøje tid og rum relateret til den fysiske virkelighed, hvilket resulterer i dannelsen af ​​en rum-tid-tunnel .

Ali Evgun, fra Eastern Mediterranean University i Cypern, antyder, at der opstår ormehuller i områder med tæt ophobning af mørkt stof. Ifølge denne teori kunne ormehuller eksistere i de ydre områder af Mælkevejen, hvor der er mørkt stof, og i andre galakser. Matematisk var han i stand til at bevise, at der var alle de nødvendige betingelser for at bekræfte denne teori.

"I fremtiden vil det være muligt indirekte at observere lignende eksperimenter, som vist i filmen Interstellar," sagde Ali Evgun.

Thorne og en række andre videnskabsmænd konkluderede, at selv hvis der skulle dannes et ormehul på grund af de nødvendige faktorer, ville det højst sandsynligt kollapse, før nogen genstand eller person passerede gennem det. For at holde ormehullet åbent længe nok, ville der kræves en stor mængde såkaldt "eksotisk stof". En form for naturligt "eksotisk stof" er mørk energi, og Davis forklarer dens virkning på denne måde: "tryk under atmosfærisk tryk skaber en gravitations-frastødende kraft, som igen skubber det indre af vores univers udad, hvilket producerer inflationsudvidelsen af Univers."

Sådant eksotisk materiale som mørkt stof er fem gange mere udbredt i universet end almindeligt stof. Indtil nu har videnskabsmænd ikke været i stand til at opdage klynger af mørkt stof eller mørk energi, så mange af deres egenskaber er ukendte. Studiet af deres egenskaber sker gennem studiet af rummet omkring dem.

Gennem et ormehul gennem tiden - virkelighed?

Ideen om tidsrejser er ret populær, ikke kun blandt forskere. Teorien om ormehuller er baseret på Alices rejse gennem skueglasset i Lewis Carrolls roman af samme navn. Hvad er en rumtidstunnel? Området i rummet ved den fjerneste ende af tunnelen bør skille sig ud fra området omkring indgangen på grund af forvrængninger svarende til refleksioner i buede spejle. Et andet tegn kunne være den koncentrerede bevægelse af lys, der ledes gennem ormehulstunnelen af ​​luftstrømme. Davis kalder fænomenet i den forreste ende af ormehullet for "ætsende regnbueeffekt". Sådanne effekter kan ses på afstand. "Astronomer planlægger at bruge teleskoper til at jage disse regnbuefænomener, på udkig efter et naturligt eller endda unaturligt skabt, gennemkøreligt ormehul," sagde Davis. "Jeg har aldrig hørt, at projektet rent faktisk kom i gang."

Som en del af sin forskning i ormehuller, teoretiserede Thorne, at et ormehul kunne bruges som en tidsmaskine. Tankeeksperimenter, der involverer tidsrejser, løber ofte ind i paradokser. Den måske mest berømte af dem er bedstefar-paradokset: Hvis en forsker går tilbage i tiden og dræber sin bedstefar, så vil denne person ikke kunne blive født, og ville derfor aldrig gå tilbage i tiden. Selvom der måske ikke er nogen vej tilbage til tidsrejser, sagde Davis, at Thornes arbejde har åbnet nye muligheder for forskere at udforske.

Phantom Link: Wormholes and the Quantum Realm

"Hele hytteindustrien af ​​teoretisk fysik voksede ud af teorier, der førte til udviklingen af ​​andre rum-tid teknikker, der producerer de beskrevne årsager til tidsmaskine paradokser," sagde Davis. Trods alt tiltrækker muligheden for at bruge et ormehul til tidsrejser både science fiction-fans og dem, der ønsker at ændre deres fortid. Davis mener, baseret på nuværende teorier, at for at lave en tidsmaskine ud af et ormehul, ville strømmene i den ene eller begge ender af tunnelen skulle accelereres til hastigheder, der nærmer sig lysets hastighed.

"Baseret på dette ville det være ekstremt vanskeligt at bygge en tidsmaskine baseret på et ormehul," sagde Davis. "Til sammenligning ville det være meget lettere at bruge ormehuller til interstellar rejser i rummet."

Andre fysikere har foreslået, at tidsrejser gennem et ormehul kunne forårsage en massiv opbygning af energi, der ville ødelægge tunnelen, før den kunne bruges som en tidsmaskine, en proces kendt som kvantetilbageslag. Alligevel er det stadig sjovt at drømme om potentialet ved ormehuller: "Tænk på alle de muligheder, som folk ville have, hvis de opdagede en måde at gøre det, de kunne gøre, hvis de kunne rejse gennem tiden?" sagde Davis. "Deres eventyr ville være meget interessante, for at sige det mildt."

MERE fantastiske artikler

Billedet fra den internationale rumstation viser orange striber af luftglød i jordens atmosfære. NASAs nye atmosfæriske bølgeeksperiment vil observere dette fænomen fra en orbitalstation til...

Den russiske rumfartsorganisation Roscosmos har underskrevet en aftale med det amerikanske rumturismeselskab Space Adventures om at flyve to passagerer til ISS i 2021. I modsætning til tidligere lanceringer vil disse to turister gå...

Forskere mener, at bittesmå klumper af jordens luft undslipper i det dybe rum langt ud over Månens kredsløb. Det viser sig, at Jordens geocorona (en lille sky af brintatomer) strækker sig 630.000 km ud i rummet. Så du forstår, L...

Forskere, der studerer solvindens indflydelse på månens overflade, mener, at denne kontakt kan skabe nøglekomponenten i vand. Menneskeheden kan ikke overleve uden vand, så der er et alvorligt problem med langsigtet...

Efter at have tilbragt et år i rummet slog astronaut Scott Kellys immunsystem alarm. Forskerne bemærker også, at nogle af dens gener har ændret aktivitet. Undersøgelser blev citeret, da han sammenlignede præstationer med hans tvillingebror...

Astrofysikere er sikre: Der er tunneler i rummet, hvorigennem du kan bevæge dig til andre universer og endda til andre tider. Formentlig blev de dannet, da universet lige var begyndt. Når, som videnskabsmænd siger, rummet "kogte" og buede.

Disse kosmiske "tidsmaskiner" fik navnet "ormehuller". Et "hul" adskiller sig fra et sort hul ved, at du ikke kun kan komme dertil, men også komme tilbage. Tidsmaskinen eksisterer. Og dette er ikke længere et udsagn fra science fiction-forfattere – fire matematiske formler, som indtil videre i teorien beviser, at man både kan bevæge sig ind i fremtiden og ind i fortiden.

Og en computermodel. Det er nogenlunde sådan en "tidsmaskine" i rummet skal se ud: to huller i rummet og tiden forbundet af en korridor.

"I dette tilfælde taler vi om meget usædvanlige objekter, der blev opdaget i Einsteins teori. Ifølge denne teori er rummet buet i et meget stærkt felt, og tiden enten vrider sig eller bremses, det er fantastiske egenskaber,” forklarer Igor Novikov, vicedirektør for Astrospace Center i Lebedev Physical Institute.

Forskere kalder sådanne usædvanlige genstande for "ormehuller". Dette er slet ikke en menneskelig opfindelse; indtil videre er kun naturen i stand til at skabe en tidsmaskine. I dag har astrofysikere kun hypotetisk bevist eksistensen af ​​"ormehuller" i universet. Det er et spørgsmål om øvelse.

Søgen efter ormehuller er en af ​​hovedopgaverne for moderne astronomi. "De begyndte at tale om sorte huller et sted i slutningen af ​​60'erne, og da de lavede disse rapporter, virkede det som science fiction. Det forekom for alle, at dette var absolut fantasi - nu er det på alles læber," siger Anatoly Cherepashchuk, direktør for Astronomical Institute of Moscow State University opkaldt efter Sternberg. - Så nu er "ormehuller" også science fiction, ikke desto mindre forudsiger teorien, at "ormehuller" eksisterer. Jeg er optimist, og jeg tror, ​​at ormehullerne også vil blive åbnet en dag."

"Ormehuller" hører til et så mystisk fænomen som "mørk energi", der udgør 70 procent af universet. ”Mørk energi er nu blevet opdaget – det er et vakuum, der har undertryk. Og i princippet kunne "ormehuller" dannes ud fra en tilstand af vakuum," foreslår Anatoly Cherepashchuk. Et af levestederne for "ormehuller" er centre for galakser. Men det vigtigste her er ikke at forveksle dem med sorte huller, enorme objekter, der også er placeret i centrum af galakser.

Deres masse er milliarder af vores sole. Samtidig har sorte huller en kraftig gravitationskraft. Den er så stor, at selv lys ikke kan slippe ud derfra, så det er umuligt at se dem med et almindeligt teleskop. Ormehullernes gravitationskraft er også enorm, men kigger man ind i ormehullet, kan man se fortidens lys.

"I centrum af galakser, i deres kerner, er der meget kompakte objekter, det er sorte huller, men det antages, at nogle af disse sorte huller slet ikke er sorte huller, men indgange til disse "ormehuller," siger Igor Novikov . I dag er mere end tre hundrede sorte huller blevet opdaget.

Fra Jorden til centrum af vores Mælkevejsgalakse er 25 tusinde lysår. Hvis det viser sig, at dette sorte hul er et "ormehul", en korridor for tidsrejser, bliver menneskeheden nødt til at flyve og flyve til det.