Ulmekirjanduses ussiaugud, või ussiaugud, on meetod, mida sageli kasutatakse kosmoses väga pikkade vahemaade läbimiseks. Kas need maagilised sillad võivad tõesti eksisteerida?
Nii entusiastlik kui ma olen inimkonna tulevikust kosmoses, on üks silmatorkav probleem. Oleme pehmed lihakotid, mis koosnevad peamiselt veest ja need teised on meist nii kaugel. Isegi kõige optimistlikumate kosmoselennutehnoloogiate puhul võime ette kujutada, et me ei jõua kunagi ühegi täheni inimese elueaga võrdse aja jooksul.
Tegelikkus räägib meile, et isegi meile kõige lähemal asuvad tähed on arusaamatult kaugel ning teekonna läbimiseks kuluks tohutult energiat või aega. Tegelikkus ütleb meile, et vajame kosmoselaeva, mis suudaks kuidagi lennata sadu või tuhandeid aastaid, samal ajal kui astronaudid sünnivad sellel põlvkondade kaupa, elavad oma elu ja surevad lennul teise tähe juurde.
Ulme seevastu juhatab meid täiustatud mootorite ehitamise meetodite juurde. Käivitage lõimesõit ja vaadake, kuidas tähed mööda vilksavad, muutes teekonna Alpha Centaurisse sama kiireks ja nauditavaks nagu laevaga kuskil merel sõitmine.
Ikka filmist "Interstellar".
Kas teate, mis on veelgi lihtsam? Ussi-auk; maagiline tunnel, mis ühendab kahte ruumi ja aja punkti. Määrake lihtsalt sihtkoht, oodake, kuni tähevärav stabiliseerub, ja lihtsalt lenda... lenda poolel teel üle galaktika sihtkohta.
Jah, see on tõesti lahe! Keegi oleks pidanud need ussiaugud leiutama, juhatades sisse galaktikatevahelise reisimise uue vapra tuleviku. Mis on ussiaugud ja kui kiiresti saan neid kasutada? Te küsite...
Ussiauk, tuntud ka kui Einstein-Roseni sild, on teoreetiline meetod ruumi ja aja voltimiseks nii, et saate ühendada kaks ruumipunkti. Siis saate koheselt ühest kohast teise liikuda.
Kasutame klassikalist demo alates , kus te tõmbate paberilehele kahe punkti vahele joone, murrate paberi kokku ja sisestate tee lühendamiseks pliiatsi neisse kahte punkti. See töötab paberil suurepäraselt, kuid kas see on päris füüsika?
Albert Einstein, jäädvustatud 1953. aasta fotole. Fotograaf: Ruth Orkin.
Nagu Einstein meile õpetas, ei ole gravitatsioon jõud, mis tõmbab ainet nagu magnetism, see on tegelikult aegruumi kõverus. Kuu arvab, et ta järgib lihtsalt sirgjoont läbi kosmose, kuid tegelikult järgib ta Maa gravitatsiooni poolt tekitatud kõverat rada.
Ja nii võiks füüsikute Einsteini ja Nathan Roseni sõnul keerutada aegruumi palli nii tihedalt, et kaks punkti oleks samas füüsilises asukohas. Kui suudaksite ussiauku stabiilsena hoida, võiksite kaks aegruumi piirkonda ohutult eraldada nii, et need asuksid endiselt samas kohas, kuid oleksid eraldatud teile meeldiva vahemaa võrra.
Me laskume ussiaugu ühel küljel gravitatsioonikaevu alla ja ilmume siis välgukiirusel teises kohas miljonite ja miljardite valgusaastate kaugusel. Kuigi teoreetiliselt on ussiaukude loomine võimalik, on need meie praeguse arusaama järgi praktiliselt võimatud.
Esimene suur probleem on see, et üldise relatiivsusteooria kohaselt on ussiaugud läbimatud. Nii et pidage seda meeles, füüsika, mis neid asju ennustab, keelab nende kasutamise transpordimeetodina. Mis on neile päris tõsine löök.
Kunstiline illustratsioon kosmoselaevast, mis liigub läbi ussiaugu kaugesse galaktikasse. Krediit: NASA
Teiseks, isegi kui ussiauk oleks võimalik luua, oleks see tõenäoliselt ebastabiilne ja sulguks kohe pärast loomist. Kui prooviksite selle ühte otsa minna, võite lihtsalt läbi kukkuda.
Kolmandaks, kui need on läbitavad ja neid on võimalik stabiilsena hoida, kukuks see ussiaugu kokku, kui mõni aine – isegi valguse footonid – neist läbi üritab tungida.
Tekib lootusekiir, sest füüsikud pole ikka veel aru saanud, kuidas gravitatsiooni ja kvantmehaanika teooriaid ühendada. See tähendab, et Universum ise võib ussiaukude kohta teada midagi, mida me veel ei mõista. Võimalik, et need loodi loomulikult osana kogu universumi aegruumi singulaarsusse tõmbamisest.
Astronoomid on teinud ettepaneku otsida kosmosest ussiauke, vaadates, kuidas nende gravitatsioon moonutab nende taga olevate tähtede valgust. Ükski pole veel ilmunud. Üks võimalus on see, et ussiaugud näevad loomulikult välja nagu meie teadaolevad virtuaalsed osakesed. Ainult need oleksid Plancki mastaabis arusaamatult väikesed. Teil on vaja väiksemat kosmoselaeva.
Ussiaukude üks huvitavamaid tagajärgi on see, et need võivad võimaldada teil ka ajas rännata. See toimib järgmiselt. Esiteks looge laboris ussiauk. Seejärel võtke selle üks ots, pange sinna kosmoselaev ja lendake olulise murdosaga valguse kiirusest, nii et aja dilatatsiooni mõju avaldub.
Kosmoselaeval viibivate inimeste jaoks möödub vaid mõni aasta, samas kui Maa peal möödub sadu või isegi tuhandeid põlvkondi inimesi. Eeldusel, et suudate hoida ussiaugu stabiilsena, avatud ja läbitava, oleks sellest läbi sõitmine väga huvitav.
Kui kõnniksid ühes suunas, ei läbiks sa mitte ainult ussiaukude vahelist vahemaad, vaid liiguksid ka ajas edasi ja tagasiteel: ajas tagasi.
Mõned füüsikud, nagu Leonard Susskind, usuvad, et see ei töötaks, kuna see rikuks kahte füüsika aluspõhimõtet: energia jäävuse seadust ja Heisenbergi energia-aja määramatuse põhimõtet.
Kahjuks tundub, et ussiaugud peavad jääma ulme valdkonda nähtavaks tulevikuks, võib-olla igaveseks. Isegi kui ussiauk oleks võimalik luua, peaksite seda hoidma stabiilsena, avatud ja seejärel välja mõtlema, kuidas lasta ainel sinna ilma kokku kukkumata pääseda. Siiski, kui saaksite selle välja mõelda, muudaksite kosmosereisi väga mugavaks.
Loetud artikli pealkiri "Mis on ussiaugud või ussiaugud?".
USSIAUK – 1) astrofüüsika. Kaasaegse astrofüüsika ja praktilise kosmoloogia kõige olulisem kontseptsioon. "Ussiauk" või "ussiauk" on transdimensionaalne läbipääs, mis ühendab musta auku ja sellele vastavat valget auku.
Astrofüüsiline ussiauk läbistab volditud ruumi lisamõõtmetes ja võimaldab liikuda mööda tõeliselt lühikest rada tähesüsteemide vahel.
Hubble'i kosmoseteleskoobiga tehtud uuringud on näidanud, et iga must auk on sissepääs ussiauku (vt HUBBLE'I SEADUS). Üks suurimaid auke asub meie galaktika keskel. Teoreetiliselt näidati (1993), et sellest kesksest august tekkis päikesesüsteem.
Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on Universumi vaadeldav osa sõna otseses mõttes täis "ussiaukudest", mis liiguvad "edasi-tagasi". Paljud silmapaistvad astrofüüsikud usuvad seda reisimine läbi "ussiaukude" on tähtedevahelise astronautika tulevik. "
Me kõik oleme harjunud, et me ei saa minevikku tagasi tuua, kuigi mõnikord väga tahame. Ulmekirjanikud on enam kui sajandi jooksul kujutanud mitmesuguseid juhtumeid, mis tekivad tänu ajas rändamise ja ajaloo kulgu mõjutamise võimele. Pealegi osutus see teema nii pakiliseks, et eelmise sajandi lõpus hakkasid isegi muinasjutukauged füüsikud tõsiselt otsima meie maailma kirjeldavatele võrranditele lahendusi, mis võimaldaksid luua ajamasinaid ja ületada igasuguse ruumi. ja aeg ühe silmapilguga.
Ulmeromaanid kirjeldavad terveid transpordivõrke, mis ühendavad tähesüsteeme ja ajaloolisi ajastuid. Ta astus kabiini, mis oli stiliseeritud näiteks telefonikabiiniks, ja leidis end kuskil Andromeeda udukogust või Maa peal, kuid külastas ammu väljasurnud türannosauruseid.
Selliste teoste tegelased kasutavad pidevalt ajamasina nulltransporti, portaale jms mugavaid seadmeid.
Ulmefännid tajuvad aga selliseid rännakuid ilma suurema hirmuta – kunagi ei tea, mida võib ette kujutada, seostades idee elluviimist ebakindla tulevikuga või tundmatu geeniuse taipamistega. Palju üllatavam on see, et ajamasinaid ja tunneleid kosmoses käsitletakse üsna tõsiselt, nii hüpoteetiliselt kui võimalik, aktiivselt teoreetilise füüsika artiklites, mainekamate teadusväljaannete lehekülgedel.
Vastus peitub selles, et Einsteini gravitatsiooniteooria – üldrelatiivsusteooria (GTR) järgi on neljamõõtmeline aegruum, milles me elame, kõver ja tuttav gravitatsioon on sellise kumeruse ilming.
Aine “paindub”, painutab ruumi enda ümber ja mida tihedam see on, seda tugevam on kumerus.
Paljud alternatiivsed gravitatsiooniteooriad, mille arv on sadades, erinevad GTR-ist üksikasjalikult, kuid säilitavad peamise - aegruumi kõveruse idee. Ja kui ruum on kõver, siis miks ei võiks see võtta näiteks toru kuju, sadade tuhandete valgusaastatega eraldatud lühispiirkonnad või, ütleme, üksteisest kauged ajastud – me ju kas ei räägita ainult ruumist, vaid aegruumist?
Pidage meeles, Strugatskidelt (kes, muide, kasutasid ka nulltransporti): "Ma ei saa üldse aru, miks üllas don ei..." - noh, ütleme, et ärge lendage 32. sajandil?...
Ussiaugud või mustad augud?
Mõtted meie aegruumi nii tugevast kumerusest tekkisid kohe pärast üldrelatiivsusteooria ilmumist – juba 1916. aastal arutles Austria füüsik L. Flamm ruumigeomeetria olemasolu võimalikkuse üle omamoodi kaht maailma ühendava augu kujul. . 1935. aastal juhtisid A. Einstein ja matemaatik N. Rosen tähelepanu tõsiasjale, et gravitatsioonivälja isoleeritud, neutraalseid või elektriliselt laetud allikaid kirjeldavate üldrelatiivsusteooriavõrrandite lihtsaimad lahendused on „silla” ruumilise struktuuriga. peaaegu sujuvalt ühendav kaks universumit – kaks identset, peaaegu tasast, aegruumi.
Sellised ruumistruktuurid said hiljem nime "ussiauk" (üsna lahtine tõlge ingliskeelsest sõnast "ussiauk").
Einstein ja Rosen kaalusid isegi võimalust kasutada selliseid "sildu" elementaarosakeste kirjeldamiseks. Tegelikult on osake sel juhul puhtalt ruumiline moodustis, mistõttu ei ole vaja spetsiaalselt modelleerida massi või laengu allikat ning ussiaugu mikroskoopiliste mõõtmetega näeb ühes ruumis asuv väline kaugvaatleja. ainult teatud massi ja laenguga punktallikas.
Elektrilised jõuliinid sisenevad auku ühelt poolt ja väljuvad teisest, ilma, et see kuskilt algaks või lõppeks.
Ameerika füüsiku J. Wheeleri sõnade kohaselt on tulemuseks "mass ilma massita, laeng ilma laenguta". Ja sel juhul pole üldse vaja eeldada, et sild ühendab kahte erinevat universumit - mitte halvem pole eeldus, et ussiaugu mõlemad "suuded" lähevad samasse universumisse, kuid eri punktides ja erinevatel aegadel - midagi õõnsa "käepideme" taolist, mis on õmmeldud tuttava, peaaegu lameda maailma külge.
Ühte suud, kuhu väljajooned sisenevad, võib vaadelda negatiivse laenguna (näiteks elektron), teist, kust nad väljuvad, positiivse laenguna (positron) ja massid on mõlemal ühesugused. küljed.
Vaatamata sellise pildi atraktiivsusele ei juurdunud see (mitmel põhjusel) elementaarosakeste füüsikas. Einsteini-Roseni "sildadele" on raske kvantomadusi omistada ja ilma nendeta pole mikromaailmas midagi teha.
Osakeste (elektronide või prootonite) masside ja laengute teadaolevate väärtuste korral ei moodustu Einsteini-Roseni sild selle asemel, "elektriline" lahendus ennustab nn "paljast" singulaarsust - punkti, kus; ruumi kõverus ja elektriväli muutuvad lõpmatuks. Ajaruumi mõiste, isegi kui see on kõver, kaotab sellistes punktides oma tähenduse, kuna lõpmatu terminiga võrrandeid on võimatu lahendada. Üldrelatiivsusteooria ise ütleb üsna selgelt, kus see täpselt lakkab töötamast. Meenutagem eelpool öeldud sõnu: "ühendamine peaaegu sujuvalt...". See "peaaegu" viitab Einstein-Roseni "sildade" peamisele veale - sileduse rikkumisele "silla" kitsaimas kohas, kaelas.
Ja see rikkumine, tuleb öelda, on väga mittetriviaalne: sellisel kaelal kaugvaatleja seisukohast aeg peatub...
Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt pole see, mida Einstein ja Rosen pidasid kaelaks (st "silla" kitsaimaks punktiks), tegelikult midagi muud kui musta augu (neutraalse või laetud) sündmuste horisont.
Veelgi enam, silla eri külgedelt langevad osakesed või kiired horisondi erinevatele "lõikudele" ning suhteliselt öeldes on horisondi parem- ja vasakpoolse osa vahel spetsiaalne mittestaatiline ala, mida ületamata auku on võimatu läbida.
Kaugvaatleja jaoks näib piisavalt suure (laevaga võrreldes) musta augu horisondile lähenev kosmoselaev igaveseks jäätuvat ning sealt saabuvad signaalid aina harvemini. Vastupidi, laevakella järgi jõutakse horisonti piiritletud ajaga.
Läbinud silmapiiri, põrkub laev (osake või valguskiir) peagi paratamatult singulaarsusse – kus kumerus muutub lõpmatuks ja kus (veel teel) iga väljavenitatud keha paratamatult muljub ja rebeneb.
See on musta augu sisemise toimimise karm reaalsus. Schwarzschildi ja Reisner-Nordströmi lahendused, mis kirjeldavad sfääriliselt sümmeetrilisi neutraalseid ja elektriliselt laetud musti auke, saadi aastatel 1916–1917, kuid füüsikud mõistsid nende ruumide keerulist geomeetriat täielikult alles 1950.–1960. aastate vahetusel. Muide, just siis pakkus John Archibald Wheeler, kes oli tuntud oma töö poolest tuumafüüsika ja gravitatsiooniteooria alal, välja mõisted "must auk" ja "ussiauk".
Nagu selgus, on Schwarzschildi ja Reisner-Nordströmi ruumides tõesti ussiaugud. Kaugvaatleja seisukohalt ei ole need täiesti nähtavad, nagu mustad augud ise, ja on sama igavesed. Kuid ränduril, kes julgeb tungida silmapiiri taha, variseb auk nii kiiresti kokku, et sealt ei pääse läbi ei laev ega massiivne osake ega isegi valguskiir.
Singulaarsusest mööda hiilimiseks ja "Jumala valgusesse" - augu teise suudmesse - läbi murdmiseks on vaja liikuda valgusest kiiremini. Ja tänapäeval usuvad füüsikud, et aine ja energia superluminaalsed liikumiskiirused on põhimõtteliselt võimatud.
Ussiaugud ja ajasilmused
Seega võib Schwarzschildi musta auku pidada läbimatuks ussiavaks. Reisner-Nordströmi must auk on keerulisem, kuid samas ka läbimatu.
Läbitavate neljamõõtmeliste ussiaukude väljamõtlemine ja kirjeldamine ei ole aga nii keeruline, valides soovitud mõõdiku tüübi (meetria ehk meetriline tensor on suuruste kogum, mille abil määratakse neljamõõtmelised kaugused-intervallid punktide vahel). arvutatakse sündmused, mis iseloomustab täielikult aegruumi geomeetriat ja gravitatsioonivälja). Läbitavad ussiaugud on üldiselt geomeetriliselt isegi lihtsamad kui mustad augud: seal ei tohiks olla horisonte, mis aja jooksul kataklüsmideni viiksid.
Aeg erinevates punktides võib loomulikult liikuda erineva kiirusega – kuid see ei tohiks lõputult kiireneda ega peatuda.
Peab ütlema, et erinevad mustad augud ja ussiaugud on väga huvitavad iseenesest tekkivad mikroobjektid, nagu gravitatsioonivälja kvantkõikumised (pikkusega 10-33 cm), kus olemasolevate hinnangute kohaselt on kontseptsioon klassikaline, sujuv aegruum ei ole enam rakendatav.
Sellises mastaabis peaks turbulentses voolus olema midagi vee või seebivahu sarnast, mis väikeste mullide moodustumise ja kokkuvarisemise tõttu pidevalt “hingab”. Rahuliku tühja ruumi asemel ilmuvad ja kaovad meeletu kiirusega minimustad augud ja kõige veidramate ja omavahel põimunud konfiguratsioonidega ussiaugud. Nende mõõtmed on kujuteldamatult väikesed – nad on sama mitu korda väiksemad kui aatomituum, kui see tuum on väiksem kui planeet Maa. Aegruumi vahu täpset kirjeldust veel ei ole, kuna järjepidevat gravitatsiooni kvantteooriat pole veel loodud, kuid üldjoontes tuleneb kirjeldatud pilt füüsikateooria aluspõhimõtetest ja tõenäoliselt ei muutu.
Tähtedevahelise ja intertemporaalse rännaku seisukohalt on aga vaja täiesti erineva suurusega ussiauke: “tahaks”, et mõistliku suurusega kosmoselaev või vähemalt tank läheks kaelast läbi ilma vigastusteta (ilma selleta oleks türannosauruste seas ebamugav, kas pole?).
Seetõttu peame esmalt leidma gravitatsioonivõrrandite lahendused makroskoopiliste mõõtmetega läbitavate ussiaukude kujul. Ja kui eeldame, et selline auk on juba tekkinud ja ülejäänud aegruum jääb peaaegu tasaseks, siis mõelge, kõik on seal olemas - auk võib olla ajamasin ja galaktikatevaheline tunnel ja isegi kiirendi.
Sõltumata sellest, kus ja millal ussiaugu üks suudest asub, võib teine ilmuda kõikjal ruumis ja igal ajal - minevikus või tulevikus.
Lisaks võib suu liikuda mis tahes kiirusega (valguskiiruse piires) ümbritsevate kehade suhtes – see ei sega august väljumist (peaaegu) tasasesse Minkowski ruumi.
On teada, et see on ebatavaliselt sümmeetriline ja näeb kõigis punktides, igas suunas ja kõigis inertsiaalsüsteemides ühesugune välja, olenemata nende liikumise kiirusest.
Kuid teisest küljest, eeldades ajamasina olemasolu, seisame kohe silmitsi terve "buketiga" paradokse nagu - lendas minevikku ja "tappis vanaisa labidaga", enne kui vanaisa sai isaks saada. Tavaline terve mõistus ütleb, et seda tõenäoliselt lihtsalt juhtuda ei saa. Ja kui mõni füüsikateooria pretendeerib tegelikkuse kirjeldamisele, peab see sisaldama mehhanismi, mis keelab selliste "ajasilmuste" moodustamise või teeb nende kujunemise vähemalt äärmiselt keeruliseks.
GTR väidab kahtlemata kirjeldavat tegelikkust. See leidis palju lahendusi, mis kirjeldavad suletud ajasilmustega ruume, kuid reeglina peetakse neid ühel või teisel põhjusel ebareaalseteks või nii-öelda "kahjutuks".
Seega osutas Austria matemaatik K. Gödel Einsteini võrrandite väga huvitavale lahendusele: see on homogeenne statsionaarne universum, mis pöörleb tervikuna. See sisaldab suletud trajektoore, mida mööda liikudes saate naasta mitte ainult ruumi alguspunkti, vaid ka ajas alguspunkti. Kuid arvutused näitavad, et sellise ahela minimaalne ajaline ulatus on palju suurem kui Universumi olemasolu.
Läbitavad ussiaugud, mida peetakse "sildadeks" erinevate universumite vahel, on ajutised (nagu me juba ütlesime), et eeldada, et mõlemad suud avanevad samasse universumisse, kuna silmused tekivad kohe. Mis siis üldrelatiivsusteooria seisukohalt takistab nende teket – vähemalt makroskoopilises ja kosmilises mastaabis?
Vastus on lihtne: Einsteini võrrandite struktuur. Nende vasakul küljel on suurused, mis iseloomustavad aegruumi geomeetriat ja paremal pool on nn energia-impulss tensor, mis sisaldab teavet aine energiatiheduse ja erinevate väljade kohta, nende rõhu kohta erinevates suundades, nende leviku kohta ruumis ja liikumisseisundi kohta.
Einsteini võrrandeid võib "lugeda" paremalt vasakule, öeldes, et nende abiga "ütleb aine" ruumile, kuidas painutada. Kuid see on ka võimalik – vasakult paremale, siis on tõlgendus erinev: geomeetria dikteerib mateeria omadused, mis võiksid talle, geomeetriale, olemasolu pakkuda.
Seega, kui vajame ussiaugu geomeetriat, asendame selle Einsteini võrranditega, analüüsime seda ja uurime, millist ainet on vaja. Selgub, et see on väga kummaline ja enneolematu, seda nimetatakse "eksootiliseks aineks". Seega on kõige lihtsama (sfääriliselt sümmeetrilise) ussiaugu loomiseks vajalik, et energiatihedus ja rõhk radiaalsuunas kokku moodustaksid negatiivse väärtuse. Kas ma pean ütlema, et tavaliste aineliikide (nagu ka paljude teadaolevate füüsikaliste väljade) puhul on mõlemad kogused positiivsed?
Loodus, nagu näeme, on ussiaukude tekkele tõepoolest tõsise takistuse seadnud. Kuid inimesed on just sellised ja teadlased pole erand: kui barjäär on olemas, leidub alati inimesi, kes tahavad sellest üle saada...
Ussiaugust huvitatud teoreetikute töö võib jagada kahte üksteist täiendavaks suunaks. Esimene, eeldades ussiaukude olemasolu, käsitleb sellest tulenevaid tagajärgi, teine püüab kindlaks teha, kuidas ja millest saab ussiauke ehitada, millistel tingimustel need tekivad või võivad tekkida.
Näiteks esimese suuna töödes käsitletakse sellist küsimust.
Oletame, et meie käsutuses on ussiauk, millest pääseme mõne sekundiga läbi ja laseme selle kahel lehtrikujulisel suudmel “A” ja “B” ruumis lähestikku paikneda. Kas sellist auku on võimalik ajamasinaks muuta?
Ameerika füüsik Kip Thorne ja tema kolleegid näitasid, kuidas seda teha: idee on jätta üks suudest "A" paigale ja teine "B" (mis peaks käituma nagu tavaline massiivne keha), kiirendada kiirusega võrreldav valguse kiirusega ja seejärel naaske tagasi ja aeglustage "A" kõrval. Seejärel kulub STR-efekti tõttu (aja aeglustumine liikuval kehal võrreldes paigalseisva kehaga) suu “B” jaoks vähem aega kui suu “A” puhul. Veelgi enam, mida suurem on B suu liikumise kiirus ja kestus, seda suurem on nendevaheline ajavahe.
See on tegelikult seesama teadlastele hästi tuntud “kaksikparadoks”: tähtede lennult naasev kaksik osutub oma kodusest vennast nooremaks... Olgu ajavahe suud olla näiteks kuus kuud.
Siis, keset talve A suudme lähedal istudes, näeme läbi ussiaugu eredat pilti möödunud suvest ja – tegelikkuses naaseme sellesse suvesse, läbides otse augu. Siis läheneme jälle lehtrile “A” (see, nagu kokku leppisime, on kuskil lähedal), sukeldume uuesti auku ja hüppame otse eelmise aasta lumme. Ja nii mitu korda, kui soovite. Liikudes vastupidises suunas – sukeldudes lehtrisse “B” – hüppame kuus kuud tulevikku...
Seega, olles ühe suuga ühe manipulatsiooni teinud, saame ajamasina, mida saab pidevalt “kasutada” (eeldusel muidugi, et auk on stabiilne või suudame selle “töövõimet” säilitada).
Teise suuna teosed on arvukamad ja võib-olla isegi huvitavamad. See suund hõlmab konkreetsete ussiaukude mudelite otsimist ja nende spetsiifiliste omaduste uurimist, mis üldiselt määravad, mida nende aukudega teha saab ja kuidas neid kasutada.
Eksomater ja tume energia
Aine eksootilised omadused, mis ussiaukude ehitusmaterjalil peavad olema, nagu selgub, saab realiseerida läbi kvantväljade nn vaakumpolarisatsiooni.
Sellele järeldusele jõudsid hiljuti vene füüsikud Arkadi Popov ja Sergei Sushkov Kaasanist (koos David Hochbergiga Hispaaniast) ning Sergei Krasnikov Pulkovo observatooriumist. Ja antud juhul ei ole vaakum üldsegi tühjus, vaid väikseima energiaga kvantolek – väli, kus pole reaalseid osakesi. Sellesse ilmuvad pidevalt “virtuaalsete” osakeste paarid, mis jälle kaovad enne, kui neid avastatakse instrumentidega, kuid jätavad oma päris reaalse jälje mõne ebatavaliste omadustega energia-impulss-tensori näol.
Ja kuigi aine kvantomadused avalduvad peamiselt mikrokosmoses, võivad nende tekitatud ussiaugud (teatud tingimustel) jõuda väga korraliku suuruseni. Muide, ühel S. Krasnikovi artiklil on “hirmutav” pealkiri – “Ussiaukude oht”. Selle puhtalt teoreetilise arutelu kõige huvitavam on see, et viimaste aastate tõelised astronoomilised vaatlused näivad oluliselt õõnestavat ussiaukude olemasolu võimalikkuse vastaste positsiooni.
Astrofüüsikud, uurides supernoova plahvatuste statistikat meist miljardite valgusaastate kaugusel asuvates galaktikates, on jõudnud järeldusele, et meie Universum mitte ainult ei paisu, vaid hajub aina suurema kiirusega ehk koos kiirendusega. Pealegi aja jooksul see kiirendus isegi suureneb. Seda tõendavad üsna enesekindlalt viimased vaatlused, mis on tehtud viimastel kosmoseteleskoopidel. Noh, nüüd on aeg meenutada seost aine ja geomeetria vahel üldrelatiivsusteoorias: Universumi paisumise olemus on tihedalt seotud aine olekuvõrrandiga ehk teisisõnu selle tiheduse ja rõhu vahelise seosega. Kui aine on tavaline (positiivse tiheduse ja rõhuga), siis tihedus ise langeb aja jooksul ja paisumine aeglustub.
Kui rõhk on negatiivne ja suuruselt võrdne, kuid märgilt vastupidine energiatihedusele (siis nende summa = 0), siis on see tihedus ajas ja ruumis konstantne – see on nn kosmoloogiline konstant, mis viib paisumiseni pidev kiirendus.
Kuid selleks, et kiirendus aja jooksul suureneks ja sellest ei piisa, peab rõhu ja energiatiheduse summa olema negatiivne. Keegi pole sellist ainet kunagi täheldanud, kuid Universumi nähtava osa käitumine näib selle olemasolust märku andvat. Arvutused näitavad, et sellist kummalist, nähtamatut ainet (nn “tumeenergia”) peaks praegusel ajastul olema umbes 70% ja see osakaal kasvab pidevalt (erinevalt tavalisest ainest, mis kaotab tiheduse suurenedes mahu, käitub tume energia paradoksaalselt - universum laieneb ja selle tihedus suureneb). Kuid (ja me oleme sellest juba rääkinud) on just selline eksootiline aine kõige sobivam "ehitusmaterjal" ussiaukude moodustamiseks.
On ahvatlev fantaseerida: varem või hiljem avastatakse tume energia, teadlased ja tehnoloogid õpivad seda kondenseerima ja ussiaukesid ehitama ning siis ei lähe kaua aega, kui “unistused täituvad” – ajamasinatest ja tähtedeni viivatest tunnelitest. ...
Tõsi, tumeenergia tiheduse hinnang Universumis, mis tagab selle kiirendatud paisumise, on mõnevõrra heidutav: kui tumeenergia jaguneb ühtlaselt, on tulemuseks täiesti ebaoluline väärtus - umbes 10-29 g/cm3. Tavalise aine puhul vastab see tihedus 10 vesinikuaatomile 1 m3 kohta. Isegi tähtedevaheline gaas on mitu korda tihedam. Nii et kui see tee ajamasina loomiseni saab reaalseks, ei saa seda väga-väga niipea.
Vaja sõõriku auku
Siiani oleme rääkinud tunnelikujulistest sileda kaelaga ussiaugudest. Kuid GTR ennustab ka teist tüüpi ussiauke – ja põhimõtteliselt ei nõua need üldse hajutatud ainet. Einsteini võrranditele on terve klass lahendusi, milles neljamõõtmeline aegruum, mis on väljaallikast kaugel tasapinnaline, eksisteerib justkui kahes eksemplaris (või lehtedes) ja ainsad ühised asjad mõlemale on kindel. õhuke rõngas (välja allikas) ja ketas, see ring on piiratud.
Sellel sõrmusel on tõeliselt maagiline omadus: saate selle ümber "tiirelda" nii kaua kui soovite, jäädes "oma" maailma, kuid kui te seda läbite, leiate end täiesti teisest maailmast, kuigi sarnaselt "oma" maailmaga. sinu oma." Ja selleks, et tagasi pöörduda, peate uuesti ringi läbima (ja igalt poolt, mitte tingimata sellelt, kust just lahkusite).
Rõngas ise on ainsus - sellel olev aegruumi kumerus läheb lõpmatuseni, kuid kõik selle sees olevad punktid on täiesti normaalsed ja seal liikuv keha ei koge katastroofilisi mõjusid.
Huvitav on see, et selliseid lahendusi on väga palju - nii neutraalsed kui ka elektrilaenguga ja pöörlevad ja ilma selleta. See on eelkõige uusmeremaalase R. Kerri kuulus lahendus pöörleva musta augu jaoks. See kirjeldab kõige realistlikumalt tähtede ja galaktikate mastaapide musti auke (mille olemasolus enamik astrofüüsikuid enam ei kahtle), kuna peaaegu kõik taevakehad kogevad pöörlemist ja kokkusurumisel pöörlemine ainult kiireneb, eriti mustaks auguks varisemise ajal.
Niisiis, selgub, et "ajamasinate" "otsesed" kandidaadid on pöörlevad mustad augud? Tähesüsteemides tekkivad mustad augud on aga ümbritsetud ja täidetud kuuma gaasi ja karmi surmava kiirgusega. Selle puhtpraktilise vastuväite kõrval on ka üks põhimõtteline vastuväide, mis on seotud sündmuste horisondi alt uuele aegruumi “lehele” liikumise raskustega. Kuid sellel ei tasu pikemalt peatuda, kuna üldrelatiivsusteooria ja paljude selle üldistuste kohaselt võivad ainsuse rõngastega ussiaugud eksisteerida ilma horisondita.
Seega on erinevaid maailmu ühendavate ussiaukude olemasoluks vähemalt kaks teoreetilist võimalust: ussiaugud võivad olla siledad ja koosneda eksootilisest ainest või tekkida singulaarsuse tõttu, jäädes siiski läbitavaks.
Ruum ja keelpillid
Õhukesed ainsusrõngad meenutavad teisi kaasaegse füüsika ennustatud ebatavalisi objekte – kosmilisi stringe, mis tekkisid (mõnede teooriate kohaselt) varases universumis ülitiheda aine jahtumisel ja olekute muutmisel.
Need meenutavad tõesti nööre, ainult ebatavaliselt rasked - miljardeid tonne pikkuse sentimeetri kohta, paksusega mikroni murdosa. Ja nagu näitasid ameeriklane Richard Gott ja prantslane Gerard Clement, on mitmest üksteise suhtes suurel kiirusel liikuvast nöörist võimalik luua ajutisi silmuseid sisaldavaid struktuure. See tähendab, et nende stringide gravitatsiooniväljas teatud viisil liikudes saate naasta alguspunkti, enne kui sealt lahkusite.
Astronoomid on selliseid kosmoseobjekte juba pikka aega otsinud ja täna on juba üks "hea" kandidaat - objekt CSL-1. Tegemist on kahe üllatavalt sarnase galaktikaga, mis tegelikkuses on ilmselt üks, ainult gravitatsiooniläätse mõjul kaheharuline. Pealegi pole gravitatsioonilääts sel juhul mitte sfääriline, vaid silindriline, meenutades pikka õhukest rasket niiti.
Kas viies dimensioon aitab?
Juhul, kui aegruum sisaldab rohkem kui nelja dimensiooni, omandab ussiaukude arhitektuur uusi, senitundmatuid võimalusi.
Seega on viimastel aastatel populaarsust kogunud „braanimaailma” kontseptsioon. See eeldab, et kogu vaadeldav aine asub mingil neljamõõtmelisel pinnal (tähistatud terminiga "braan" - kärbitud sõna "membraan") ja ümbritsevas viie- või kuuemõõtmelises ruumalas pole midagi peale gravitatsioonivälja. Braani enda gravitatsiooniväli (ja see on ainus, mida me jälgime) järgib modifitseeritud Einsteini võrrandeid ja need sisaldavad ümbritseva ruumala geomeetria panust.
Seega võib see panus mängida ussiauke tekitava eksootilise aine rolli. Urud võivad olla mis tahes suurusega ja samal ajal ei ole neil oma gravitatsiooni.
See muidugi ei ammenda kogu ussiaukude „kujunduste” mitmekesisust ja üldine järeldus on, et hoolimata nende omaduste ebatavalisusest ja kõigist fundamentaalsest, sealhulgas filosoofilisest laadi raskustest, milleni need võivad viia, nende võimalikku olemasolu tasub kohelda täie tõsidusega ja piisava tähelepanuga.
Näiteks ei saa välistada, et tähtedevahelises või galaktikatevahelises ruumis eksisteerivad suured augud, kasvõi ainult selle väga tumeda energia kontsentratsiooni tõttu, mis kiirendab Universumi paisumist.
Küsimustele – kuidas need maise vaatleja jaoks välja näha võiksid ja kas neid on võimalik tuvastada – selget vastust pole. Erinevalt mustadest aukudest ei pruugi ussiaukudel olla isegi märgatavat atraktiivset välja (võimalik on ka tõrjumine) ja seetõttu ei tohiks nende läheduses oodata märgatavaid tähtede või tähtedevahelise gaasi ja tolmu kontsentratsioone.
Kuid eeldades, et nad suudavad "lühistada" üksteisest kaugel asuvaid piirkondi või ajajärke, lastes valgustite kiirgust läbi iseenda, on täiesti võimalik eeldada, et mõni kauge galaktika tundub ebaharilikult lähedal.
Universumi paisumise tõttu, mida kaugemal galaktika asub, seda suurema spektri nihkega (punase poole) selle kiirgus meieni jõuab. Aga läbi ussiaugu vaadates ei pruugi punanihet olla. Või saab olema, aga midagi muud. Mõnda sellist objekti saab vaadelda samaaegselt kahel viisil - läbi augu või "tavaliselt" "august mööda".
Seega võiks kosmilise ussiaugu märk olla järgmine: kahe väga sarnaste omadustega, kuid erinevatel näivatel kaugustel ja erineva punanihke objekti vaatlemine.
Kui ussiaugud siiski avastatakse (või rajatakse), seisab teaduse tõlgendamisega tegelev filosoofia valdkond silmitsi uute ja, tuleb öelda, väga raskete ülesannetega. Ja vaatamata kogu ajasilmuste näilisele absurdsusele ja põhjuslikkusega seotud probleemide keerukusele, lahendab see teadusvaldkond suure tõenäosusega selle kõik varem või hiljem kuidagi korda. Nii nagu ma kunagi "tulin toime" kvantmehaanika ja Einsteini relatiivsusteooria kontseptuaalsete probleemidega...
Kirill Bronnikov, füüsika- ja matemaatikateaduste doktor
Saksamaa ja Kreeka füüsikute rühm Burkhard Clayhausi juhtimisel esitas probleemile põhimõtteliselt uue pilgu. ussiaugud. Nii neid kutsutakse hüpoteetilised objektid, kus toimub ruumi ja aja kõverus.
Usutakse, et need on tunnelid, mille kaudu saab ühe hetkega reisida teistesse maailmadesse.
Ussiaugud ehk ussiaugud, nagu neid ka kutsutakse, on teada igale ulmefännile, kus neid objekte väga ilmekalt ja muljetavaldavalt kirjeldatakse (kuigi raamatutes nimetatakse neid sagedamini nullruumiks). Just tänu neile saavad kangelased väga lühikese ajaga ühest galaktikast teise liikuda. Mis puutub tõelistesse ussiaukudesse, siis nendega on olukord palju keerulisem. Siiani on ebaselge, kas need on tegelikult olemas või on see kõik teoreetiliste füüsikute pöörase kujutlusvõime tulemus.
Traditsiooniliste seisukohtade kohaselt ussiaugud on meie universumi või õigemini ruumi ja aja hüpoteetiline omadus. Einsteini-Roseni silla kontseptsiooni kohaselt võivad meie universumisse igal ajahetkel tekkida teatud tunnelid, mille kaudu pääsete ühest ruumipunktist teise peaaegu hetkega (st aega kaotamata).
Näib, et saate nende abiga oma südameasjaks teleporteeruda! Kuid siin on probleem: esiteks on need ussiaugud äärmiselt väikesed (ainult elementaarosakesed saavad neist kergesti läbi liikuda) ja teiseks eksisteerivad need äärmiselt lühikest aega, sekundi miljondikuid. Seetõttu on nende uurimine äärmiselt keeruline – siiani pole kõik ussiaukude mudelid katseliselt kinnitatud.
Sellegipoolest on teadlastel endiselt mingi ettekujutus sellest, mis sellise tunneli sees võiks olla (kuigi paraku on see ka ainult teoreetiline). Arvatakse, et kõik seal on täidetud nn eksootilise ainega (mitte segi ajada tumeainega, need on erinevad asjad). Ja see aine sai oma hüüdnime sellest, et see koosneb põhimõtteliselt erinevatest elementaarosakestest. Ja seetõttu ei järgita selles enamikku füüsikaseadusi - eelkõige võib energial olla negatiivne tihedus, gravitatsioonijõud ei tõmba objekte ligi, vaid tõrjub jne. Üldiselt on tunnelis sees kõik täiesti erinev tavainimestest. Kuid just see ebakorrapärane aine tagab imelise ülemineku läbi ussiaugu.
Tegelikult on Einsteini kuulus üldrelatiivsusteooria ussiaukude olemasolu võimalikkusele väga lojaalne – see ei lükka ümber selliste tunnelite olemasolu (kuigi ei kinnita). Noh, mis pole keelatud, on nagu teada, lubatud. Seetõttu on paljud astrofüüsikud alates eelmise sajandi keskpaigast aktiivselt püüdnud leida jälgi vähemalt mõnest enam-vähem stabiilsest ussiaugust.
Rangelt võttes võib nende huvist aru saada - kui selgub, et selline tunnel on põhimõtteliselt võimalik, muutub selle kaudu kaugetesse maailmadesse sõitmine väga lihtsaks (muidugi eeldusel, et ussiauk asub päikeseenergiast mitte kaugel süsteem). Selle objekti otsimise teeb aga keeruliseks asjaolu, et teadlased ei saa rangelt võttes ikka veel päris täpselt aru, mida täpselt otsida. Tegelikult on seda auku võimatu otse näha, kuna see, nagu mustad augud, imeb kõik endasse (ka kiirguse), kuid ei vabasta midagi. Vajame mõningaid kaudseid märke selle olemasolust, kuid küsimus on – mida täpselt?
Ja hiljuti esitas rühm Saksamaa ja Kreeka füüsikuid Burkhard Clayhausi juhtimisel Oldenburgi ülikoolist (Saksamaa), et leevendada astrofüüsikute kannatusi, põhimõtteliselt uue pilgu ussiaukude probleemile. Nende vaatevinklist on need tunnelid võivad Universumis tõesti eksisteerida ja olla üsna stabiilsed. Ja Clayhouse’i grupi sõnul pole nende sees eksootilist ainet.
Teadlased usuvad, et ussiaukude tekke põhjustasid kvantkõikumised, mis olid omased varajasele universumile peaaegu kohe pärast Suurt Pauku ja andsid aluse nn kvantvahu tekkele. Lubage mul seda teile meelde tuletada kvantvaht on omamoodi tinglik mõiste, mida saab kasutada subatomaarse aegruumi turbulentsi kvalitatiivse kirjeldusena väga lühikestel vahemaadel (plancki pikkuse suurusjärgus, st 10–33 cm kaugusel).
Piltlikult öeldes võib kvantvahtu ette kujutada järgmiselt: kujutage ette, et kuskil väga lühikese aja jooksul, väga väikestes ruumipiirkondades, võib spontaanselt tekkida energia, mis on piisav selle ruumitüki mustaks auguks muutmiseks. Ja see energia ei ilmu lihtsalt tühjalt kohalt, vaid osakeste kokkupõrke ja antiosakestega ning nende vastastikuse hävitamise tulemusena. Ja siis kerkib meie silme ette mingi keev pada, millesse mustad augud pidevalt tekivad ja kohe kaovad.
Niisiis, uuringu autorite sõnul Vahetult pärast Suurt Pauku koosnes meie universum täielikult kvantvahust.. Ja need tekkisid temas igal ajahetkel mitte ainult mustad augud, vaid ka ussiaugud. Ja siis ei peaks universumi paisumine (st paisumine) mitte ainult seda tohutute mõõtmeteni paisuma, vaid samal ajal ka auke järsult suurendama ja stabiilseks muutma. Nii palju, et isegi üsna suured kehad said neist võimalikuks tungida.
Siiski on siin üks konks. Fakt on see, et kuigi selle mudeli järgi võivad suured kehad siseneda ussiauku, peaks gravitatsiooniline mõju neile sisenemisel olema väga väike. Vastasel juhul rebitakse need lihtsalt tükkideks. Kuid kui aegruumi kõverus sissepääsu juures on "sujuv", siis ei saa teekond läbi selle olla hetkeline. Teadlaste arvutuste kohaselt kulub selleks kümneid või isegi sadu valgusaastaid, kuna suurele kehale ligipääsetav ussiaugu väljapääs on sissepääsust väga kaugel.
Teadlased usuvad, et nende objektide tuvastamine universumis on siiski võimalik, kuigi see pole lihtne. Kuigi need võivad olla sarnased mustade aukudega, on siiski erinevusi. Näiteks mustas augus lõpetab sündmuste horisondist kaugemale langev gaas koheselt röntgenikiirguse kiirgamise, samas kui ussiauku (millel sündmuste horisonti puudub) langev gaas jätkab seda. Muide, sarnase gaasi käitumise registreeris hiljuti Hubble ka Sagittarius A* objekti läheduses, mida traditsiooniliselt peetakse massiivseks mustaks auguks. Kuid gaasi käitumise järgi otsustades võib see olla stabiilne ussiauk.
Clayhouse grupi kontseptsiooni kohaselt võib ussiaukude olemasolule viitavaid märke olla ka teisi. Teoreetiliselt võib ette kujutada olukorda, kus astronoomid märkavad otse ussiaugu taga oleva pildi ebapiisavust, kui teleskoop kogemata oma tähistaeva sektorisse pöördub. Sel juhul näitab see kümnete või sadade valgusaastate kaugusel olevat pilti, mida astronoomid suudavad kergesti eristada sellest, mis selles kohas tegelikult olema peaks. Tähe gravitatsioon (kui see asub teisel pool ussiaugu) võib moonutada ka ussiaugu lähedalt mööduvate kaugete tähtede valgust.
Tuleb märkida, et Kreeka ja Saksa füüsikute tööd, kuigi puhtalt teoreetilised, on astronoomide jaoks väga olulised. Ta süstematiseerib esimest korda kõik võimalikud ussiaukude märgid, mida võib täheldada. See tähendab, et sellest juhindudes saab neid tunneleid tuvastada. See tähendab, et nüüd teavad teadlased, mida nad täpselt otsima peavad.
Kuigi teisest küljest, kui Clayhouse'i grupi mudel vastab tõele, väheneb ussiaukude väärtus inimkonna jaoks järsult. Need ei paku ju kohest üleminekut teistesse maailmadesse. Kuigi nende omadusi tasuks muidugi uurida, kui neist veel millekski kasu on...
21:11 09/11/2018👁 1 719
See tekst esindab kolmandat versiooni minu raamatust ussiaugudest ja. Püüdsin selle võimalikult laiale lugejaskonnale arusaadavaks teha. Materjali mõistmine ei nõua lugejalt eriharidust, piisab kõige üldisematest ideedest keskkoolikursusest ja kognitiivsest uudishimust. Tekst ei sisalda valemeid ega sisalda keerulisi mõisteid. Asjade arusaadavuse hõlbustamiseks olen püüdnud võimalusel kasutada selgitavaid illustratsioone. Seda versiooni on täiendatud uute jaotiste ja illustratsioonidega. Tekstis tehti ka parandusi, täpsustusi ja täpsustusi. Kui mõni osa raamatust tundub lugejale igav või arusaamatu, siis võib selle lugemise ajal vahele jätta, ilma et see mõistmist oluliselt kahjustaks.
Mida astrofüüsikas tavaliselt nimetatakse "ussiauguks".
Viimastel aastatel on meedias ilmunud palju teateid teadlaste poolt teatud hüpoteetiliste objektide, mida nimetatakse "ussiaukudeks", avastamisest. Pealegi on isegi naeruväärseid teateid selliste objektide vaatlustest. Lugesin isegi kõmuajakirjadest teatud “ussiaukude” praktilise kasutamise kohta. Kahjuks on enamik neist teadetest tõest väga kaugel, pealegi pole isegi selliste "ussiaugude" kontseptsioonil sageli midagi ühist sellega, mida astrofüüsikas tavaliselt nimetatakse "ussiaukudeks".
Kõik see ajendas mind kirjutama populaarset (ja samal ajal usaldusväärset) ettekannet astrofüüsika "ussiaukude" teooriast. Aga kõigepealt asjad kõigepealt.
Kõigepealt väike ajalugu:
Teaduspõhine ussiaukude teooria sai alguse astrofüüsikast 1935. aastal Einsteini ja Roseni teedrajava tööga. Kuid selles teedrajavas töös nimetasid autorid "ussiaugu" "sillaks" universumi erinevate osade vahel (ingliskeelne termin on "sild"). Pikka aega ei äratanud see töö astrofüüsikutes erilist huvi.
Kuid eelmise sajandi 90ndatel hakkas huvi selliste objektide vastu tagasi tulema. Esiteks seostus huvi tagasitulek avastusega kosmoloogias, aga miks ja mis seos on, räägin veidi hiljem.
Ingliskeelsest terminist, mis on 90ndatel juurdunud termini "ussiaugud", on saanud "ussiauk", kuid esimestena pakkusid seda mõistet 1957. aastal välja Ameerika astrofüüsikud Mizner ja Wheeler (see on sama Wheeler, keda peetakse "isaks". ” Ameerika vesinikupommidest). "ussiauk" on vene keelde tõlgitud kui "ussiauk". Paljudele vene keelt kõnelevatele astrofüüsikutele see termin ei meeldinud ja 2004. aastal otsustati selliste objektide jaoks korraldada hääletus erinevate pakutud terminite üle. Pakutud terminite hulgas olid: "ussiauk", "ussiauk", "ussiauk", "sild", "ussiauk", "tunnel" jne. Hääletusel osalesid vene keelt kõnelevad astrofüüsikud, kellel on sellel teemal teaduspublikatsioone (ka mina). Selle hääletuse tulemusena võitis termin “ussiauk” ja edaspidi kirjutan selle termini ilma jutumärkideta.
1. Mida siis tavaliselt nimetatakse ussiauguks?
Astrofüüsikas on ussiaukudel selge matemaatiline definitsioon, kuid siin (keerukuse tõttu) ma seda ei anna ja ettevalmistamata lugeja jaoks proovin definitsiooni anda lihtsate sõnadega.
Ussiaukudele saab anda erinevaid definitsioone, kuid kõikidele definitsioonidele on ühine omadus, et ussiauk peab ühendama kaks ruumi mittekõverat piirkonda. Ühendust nimetatakse ussiauguks ja selle keskosa nimetatakse ussiaugu kaelaks. Ussiaugu kaela lähedal asuv ruum on üsna tugevalt kaardus. Mõisted “kõvera” või “kõver” nõuavad siin üksikasjalikku selgitust. Aga ma ei hakka seda praegu selgitama ja palun lugejal varuda kannatust kuni järgmise osani, milles selgitan nende mõistete olemust.
Ussiauk võib ühendada kas kaks erinevat universumit või sama universumi erinevates osades. Viimasel juhul võib ussiaugu vahemaa (selle sissepääsude vahel) olla lühem kui väljastpoolt mõõdetud sissepääsude vaheline kaugus (kuigi see pole üldse vajalik).
Lisaks kasutan sõna "universum" (väikese tähega), et viidata aegruumi sellele osale, mis on piiratud ussi- ja mustade aukude sissepääsudega, ning sõna "universum" (suure tähega) tähendavad kogu aegruumi, mitte midagi piiratud.
Rangelt võttes lakkavad aja ja kauguse mõisted kõveras aegruumis olemast absoluutväärtused, s.t. nagu me alateadlikult oleme neid alati harjunud pidama. Kuid ma annan neile mõistetele täiesti füüsilise tähenduse: me räägime õigest ajast, mida mõõdab vaatleja, kes liigub vabalt (ilma raketi või muude mootoriteta) peaaegu valguse kiirusel (teoreetikud nimetavad teda tavaliselt ultrarelativistlikuks vaatlejaks).
Ilmselgelt on sellist vaatlejat tehniliselt praktiliselt võimatu luua, kuid Einsteini vaimus tegutsedes võime ette kujutada mõtteeksperimenti, kus vaatleja saduldab footoni (või mõne muu ülirelativistliku osakese) ja liigub sellel mööda lühimat trajektoori. (nagu parun Münchausen tuumal).
Siinkohal tasub meenutada, et footon liigub definitsiooni järgi mööda kõige lühemat rada, üldrelatiivsusteoorias nimetatakse sellist teed nullgeodeetiliseks jooneks. Tavalises kaardumata ruumis saab kahte punkti ühendada ainult ühe nullgeodeetilise joonega. Sama universumi sissepääsusid ühendava ussiaugu puhul võib footoni jaoks olla vähemalt kaks sellist teed (ja mõlemad on kõige lühemad, kuid ebavõrdsed) ja üks neist teedest läbib ussiaugu, teine mitte.
Tundub, et andsin ussiaugule lihtsustatud definitsiooni lihtsate inimlike sõnadega (matemaatikat kasutamata). Küll aga tasub mainida, et ussiauke, millest valgus ja muu aine mõlemas suunas läbi pääseb, nimetatakse läbitavateks ussiaukudeks (edaspidi nimetan neid lihtsalt ussiaukudeks). Sõna "läbipääsetav" põhjal tekib küsimus: kas on läbimatuid ussiauke? Jah mul on. Need on objektid, mis väliselt (igas sisendis) on nagu must auk, kuid sellise musta augu sees puudub singulaarsus (füüsikas on singulaarsus lõpmatu ainetihedus, mis rebib laiali ja hävitab kõik muu sinna sattuva aine see). Pealegi on tavaliste mustade aukude puhul singulaarsuse omadus kohustuslik. Ja musta augu enda määrab pinna (sfääri) olemasolu, mille alt ei pääse isegi valgus välja. Seda pinda nimetatakse musta augu horisondiks (või sündmuste horisondiks).
Seega võib aine sattuda läbimatusse ussiauku, kuid ei saa sealt lahkuda (väga sarnane musta augu omadusega). Pealegi võivad esineda ka poolläbipääsetavad ussiaugud, milles aine või valgus pääseb ussiaugust läbi ainult ühes suunas, aga teises suunas ei pääse.
2. Kumerustunnel? Mille kumerus?
Esmapilgul tundub kõverast ruumist ussiaugu tunneli loomine üsna atraktiivne. Kui aga järele mõelda, hakkate tegema absurdseid järeldusi.
Kui olete selles tunnelis, siis millised seinad võivad takistada teil sellest põikisuunas põgenemist?
Ja millest need seinad tehtud on?
Kas tühi ruum võib tõesti takistada meid nendest läbi minemast?
Või pole see tühi?
Selle mõistmiseks (ma isegi ei soovita seda ette kujutada) vaatleme ruumi, mida gravitatsioon ei kõverda. Lugeja mõelgu, et see on tavaline ruum, millega ta on alati harjunud tegelema ja kus ta elab. Järgnevalt nimetan ma sellist ruumi korteriks.
Joonis 1. (autori originaaljoonis)
Kahemõõtmelise ruumi kõveruse skemaatiline esitus. Numbrid näitavad järjestikuseid üleminekuetappe: kaardumata ruumi etapist (1) kahemõõtmelise ussiaugu staadiumisse (7).
Võtame alguseks selles ruumis mingi punkti “O” ja joonistame selle ümber ring – vaata joonisel 1 joonist nr 1. Laske nii sellel punktil kui ka sellel ringil meie lameda ruumi mingil tasapinnal. Nagu me kõik kooli matemaatika kursusest väga hästi teame, on selle ringi pikkuse ja raadiuse suhe võrdne 2π, kus arv π = 3,1415926535... Veelgi enam: ümbermõõdu muutuse suhe vastav raadiuse muutus on samuti võrdne 2π-ga (edaspidi lühiduse huvides ütleme lihtsalt SUHTUMINE).
Asetame nüüd mingi keha massiga M meie punkti “O” Kui uskuda Einsteini teooriat ja katseid (mida tehti korduvalt nii Maal kui ka Päikesesüsteemis), siis on aegruum keha ümber kõver. ülalmainitud SUHTE on väiksem kui 2π. Veelgi enam, mida suurem on mass M, seda väiksem see on – vt jooniseid nr 2 – 4 joonisel 1. See on ruumi kõverus! Kuid mitte ainult ruum ei ole kõver, vaid ka aeg on kõver, ja õigem on öelda, et kogu aegruum on kõver, sest relatiivsusteoorias ei saa üks eksisteerida ilma teiseta - nende vahel pole selget piiri.
Millises suunas see on painutatud? - te küsite.
Kas alla (lennuki alla) või vastupidi – üles?
Õige vastus on see, et kõverus on sama mis tahes tasapinnal, mis on tõmmatud läbi punkti “O”, ja suunal pole sellega midagi pistmist. Ruumi väga geomeetriline omadus muutub nii, et muutub ka ümbermõõdu ja raadiuse suhe! Mõned teadlased usuvad, et ruumi kõverus toimub uue (neljanda) mõõtme suunas. Kuid relatiivsusteooria ise ei vaja selleks kolme ruumi- ja ühe aja dimensiooni. Tavaliselt määratakse ajamõõtmele nullindeks ja aegruumi tähistatakse kui 3+1.
Kui tõsine see kumerus on?
Meie ekvaatoriks oleva ringi puhul on SUHTE suhteline vähenemine 10-9, s.o. Maa jaoks (ekvaatori pikkus)/(Maa raadius) ≈ 2π (1 – 10-9)!!! See on nii tühine lisand. Kuid ekvaatoriks oleva ringi puhul on see langus juba umbes 10-5 ja kuigi see on samuti väga väike, mõõdavad kaasaegsed instrumendid seda väärtust hõlpsalt.
Kuid kosmoses on rohkem eksootilisi objekte kui lihtsalt planeedid ja tähed. Näiteks pulsarid, mis on neutronitähed (koosnevad neutronitest). Gravitatsioon pulsarite pinnal on koletu ja nende keskmine ainetihedus on umbes 1014 g/cm3 – see on uskumatult raske aine! Pulsarite puhul on selle SUHTE vähenemine juba ca 0,1!
Aga mustade aukude ja ussiaukude puhul jõuab selle SUHTE vähenemine ühtsuseni, st. SUHTUMINE ise jõuab nulli! See tähendab, et keskkoha poole liikudes ei muutu ümbermõõt horisondi ega kaela lähedal. Samuti ei muutu sfääri pindala mustade aukude või ussiaukude ümber. Rangelt võttes selliste objektide jaoks tavaline pikkuse määratlus enam ei sobi, kuid see ei muuda olemust. Veelgi enam, sfääriliselt sümmeetrilise ussiaugu puhul ei sõltu olukord suunast, kust me tsentri poole liigume.
Kuidas te seda ette kujutate?
Kui arvestada ussiauku, tähendab see, et oleme jõudnud sfäärini, mille minimaalne pindala on Smin=4π rmin2 kurgu raadiusega rmin. Seda minimaalse pindalaga sfääri nimetatakse ussiaugu kaelaks. Edasise liikumisega samas suunas leiame, et sfääri pindala hakkab suurenema - see tähendab, et oleme kaelast mööda läinud, liikunud teise ruumi ja eemaldume keskusest.
Mis juhtub, kui langeva keha mõõtmed ületavad kaela mõõtmeid?
Sellele küsimusele vastamiseks pöördume kahemõõtmelise analoogia poole – vt joonis 2.
Oletame, et keha on kahemõõtmeline kujund (teatud paberist või muust materjalist välja lõigatud kujundus) ja see kujundus libiseb mööda pinda, mis on lehter (nagu see, mis meil on vannis, kui sinna voolab vesi). Veelgi enam, meie joonis libiseb lehtri kaela suunas, nii et see surutakse kogu pinnaga vastu lehtri pinda. On ilmne, et kujunduse lähenedes kaelale lehtri pinna kumerus suureneb ja kujunduse pind hakkab deformeeruma vastavalt lehtri kujule kujunduses antud kohas. Meie joonisel (kuigi see on paber), nagu igal füüsilisel kehal, on elastsed omadused, mis takistavad selle deformeerumist.
Samal ajal mõjutab kujunduse materjal materjali, millest lehter on valmistatud. Võib öelda, et nii lehter kui ka tõmme avaldavad teineteisele elastseid jõude.
1. Joonis on deformeerunud nii palju, et see libiseb läbi lehtri ja sel juhul võib see kokku kukkuda (rebeneda).
2. Muster ja lehter ei ole piisavalt deformeerunud, et muster läbi libiseks (selleks peab muster olema piisavalt suur ja piisavalt tugev). Siis jääb joonistus lehtrisse kinni ja blokeerib selle kaela teiste kehade jaoks.
3. Joonis (täpsemalt joonise materjal) hävitab (rebib) lehtri materjali, st. selline kahemõõtmeline ussiauk hävib.
4. Joonis libiseb lehtri kaelast mööda (võib-olla puudutab seda oma servaga). Kuid see juhtub ainult siis, kui te pole oma kujundust piisavalt täpselt dekoltee suunale keskendunud.
Samad neli võimalust on võimalikud ka kolmemõõtmeliste füüsiliste kehade langemisel kolmemõõtmelistesse ussiaukudesse. Nii illusoorselt, mänguasjamudelite näitel, püüdsin kirjeldada ussiaugu ilma seinteta tunneli kujul.
Kolmemõõtmelise ussiaugu puhul (meie ruumis) asenduvad eelmises osas käsitletud lehtri materjali elastsusjõud gravitatsiooniliste loodete jõududega – need on samad jõud, mis põhjustavad Maal mõõnasid ja voogusid. ja mõju.
Ussiaukudes ja mustades aukudes võivad loodete jõud jõuda koletu tasemeni. Nad on võimelised rebima ja hävitama mis tahes objekte või ainet ning singulaarsuse lähedal muutuvad need jõud üldiselt lõpmatuks! Siiski võime eeldada ussiaugu mudelit, milles loodete jõud on piiratud ja seega on meie robotil (või isegi inimesel) võimalik sellisest ussiavast läbida seda kahjustamata.
Kip Thorne'i klassifikatsiooni järgi on loodete jõud kolme tüüpi:
1. Loodete pinge-survejõud
2. Nihkedeformatsiooni loodete jõud
3. Väändedeformatsiooni loodete jõud
Joonis 3. (joonis 2017. aasta Nobeli füüsikapreemia laureaadi Kip Thorne'i aruandest) Vasakul on illustratsioon loodete pinge-survejõudude toimest. Paremal on illustratsioon loodete torsioon-nihkejõudude toimest.
Kuigi viimased 2 tüüpi saab taandada üheks - vt joonis 3.
4.Einsteini üldrelatiivsusteooria
Selles osas räägin ussiaukudest Einsteini loodud üldrelatiivsusteooria raames. Järgmises osas käsitlen erinevusi ussiaukudest teistes gravitatsiooniteooriates.
Miks ma alustasin oma kaalumist Einsteini teooriaga?
Praeguseks on Einsteini relatiivsusteooria kõige lihtsam ja kaunim ümberlükkamatutest gravitatsiooniteooriatest: ükski senine eksperiment pole seda ümber lükanud. Kõikide katsete tulemused on sellega täiesti kooskõlas 100 aasta jooksul!!! Samas on relatiivsusteooria matemaatiliselt väga keeruline.
Miks nii keeruline teooria?
Sest kõik muud järjekindlad teooriad osutuvad veelgi keerulisemaks...
Joonis 4. (joonis võetud A.D. Linde raamatust "Inflationary Cosmology")
Vasakul on kaootilise inflatsioonilise mitmeelemendilise ussiaukudeta Universumi mudel, paremal sama, kuid ussiaukudega.
Tänapäeval on "kaootilise inflatsiooni" mudel kaasaegse kosmoloogia aluseks. See mudel töötab Einsteini teooria raames ja eeldab (peale meie) lõpmatu hulga teiste universumite olemasolu, mis tekivad pärast "suurt pauku", moodustades "plahvatuse" käigus nn aegruumi vahu. Esimesed hetked selle "plahvatuse" ajal ja pärast seda on "kaootilise inflatsiooni" mudeli aluseks.
Nendel hetkedel võivad tekkida esmased aegruumi tunnelid (reliktsed ussiaugud), mis tõenäoliselt püsivad ka pärast inflatsiooni. Lisaks ühendavad need reliktsed ussiaugud meie ja teiste universumite erinevaid piirkondi – vt joonis 4. Selle mudeli pakkus välja meie kaasmaalane Andrei Linde, kes on praegu Stanfordi ülikooli professor. See mudel avab ainulaadse võimaluse uurida mitmeelemendilist universumit ja avastada uut tüüpi objekte – sissepääsud ussiaukudesse.
Millised tingimused on vajalikud ussiaukude olemasoluks?
Ussiaukude mudelite uurimine näitab, et nende stabiilseks eksisteerimiseks on relatiivsusteooria raames vaja eksootilist ainet. Mõnikord nimetatakse sellist ainet ka fantoomaineks.
Milleks sellist asja vaja on?
Nagu ma eespool kirjutasin, on kõvera ruumi olemasoluks vaja tugevat gravitatsiooni. Einsteini relatiivsusteoorias eksisteerivad gravitatsioon ja kõver aegruum teineteisest lahutamatult. Kui pole piisavalt kontsentreeritud ainet, sirgub kõver ruum ja selle protsessi energia kiirgatakse gravitatsioonilainetena lõpmatuseni.
Kuid ainult tugevast gravitatsioonist ussiaugu stabiilseks eksisteerimiseks ei piisa – nii saad vaid musta augu ja (selle tulemusena) sündmuste horisondi.
Selleks, et vältida musta augu sündmuste horisondi teket, on vaja fantoomainet. Tavaliselt tähendab eksootiline või fantoomaine energiatingimuste rikkumist sellise aine poolt. See on juba matemaatiline mõiste, kuid ärge kartke - kirjeldan seda ilma matemaatikata. Nagu teate kooli füüsikakursusest, on igal füüsilisel tahkel kehal elastsusjõud, mis peavad vastu selle keha deformatsioonile (sellest kirjutasin eelmises lõigus). Suvalise aine (vedelik, gaas jne) üldisemal juhul räägime aine siserõhust või täpsemalt selle rõhu sõltuvusest aine tihedusest.
Füüsikud nimetavad seda seost aine oleku võrrandiks.
Seega on aine energiatingimuste rikkumiseks vajalik, et rõhu ja energiatiheduse summa oleks negatiivne (energiatihedus on massitihedus korrutatuna valguse kiiruse ruuduga).
Mida see tähendab?
Noh, esiteks, kui arvestada positiivset massi, siis sellise fantoomaine rõhk peab olema negatiivne. Ja teiseks, fantoomaine rõhk moodulis peaks olema piisavalt suur, et anda energiatihedusele liitmisel negatiivne väärtus.
Fantoomainest on veel eksootilisem versioon: kui arvestame kohe negatiivse massitiheduse ja siis rõhuga, ei mängi põhirolli, aga sellest hiljem.
Ja veelgi üllatavam on asjaolu, et relatiivsusteoorias sõltub aine (energia) tihedus sellest, millises võrdlusraamistikus me neid käsitleme. Fantoomaine puhul toob see kaasa asjaolu, et alati on olemas võrdlusraam (liigub laborikaadri suhtes peaaegu valguse kiirusega), milles fantoomaine tihedus muutub negatiivseks. Sel põhjusel ei ole fantoomaine puhul põhimõttelist erinevust: kas selle tihedus on positiivne või negatiivne.
Kas selline aine on üldse olemas?
Ja nüüd on aeg meeles pidada tumeenergia avastamist kosmoloogias (ärge ajage seda segamini mõistega "tumeaine" - see on täiesti erinev aine). Tume energia avastati eelmise sajandi 90ndatel ja seda oli vaja universumi täheldatud kiirenenud paisumise selgitamiseks. Jah, jah – universum ei paisu lihtsalt, vaid paisub kiirendusega.
7. Kuidas võisid Universumis tekkida ussiaugud
Kõik gravitatsiooni meetrilised teooriad (ja Einsteini teooria nende hulgas) kinnitavad topoloogia säilitamise põhimõtet. See tähendab, et kui ussiaugul on üks topoloogia, siis aja jooksul ei saa sellel olla teist. See tähendab ka seda, et kui ruumil ei ole torustiku topoloogiat, siis ei saa toruse topoloogiaga objektid samasse ruumi ilmuda.
Seetõttu ei saa paisuvas Universumis tekkida rõngasaugud (toruse topoloogiaga ussiaugud) ega saa ka kaduda! Need. kui “suure paugu” ajal oli topoloogia häiritud (“suure paugu” protsessi ei pruugi kirjeldada meetrika teooriaga – näiteks Einsteini teooria), siis plahvatuse esimestel hetkedel, “ruumi- ajavaht” (kirjutasin sellest eespool - rõngasaugud, mis võivad seejärel muutuda sama toruse topoloogiaga läbimatuteks ussiaukudeks, kuid need ei saa enam täielikult kaduda - seepärast nimetatakse neid reliktseteks ussiaukudeks.
Kuid Einsteini teoorias sfääri topoloogiaga ussiaugud võivad tekkida ja kaduda (kuigi rangelt topoloogilises keeles ei saa see olema sama sfääri topoloogia kui erinevaid universumeid ühendavate ussiaukude puhul, kuid ma ei hakka siin nendesse matemaatilisse džunglitesse süvenema ) . Võin taas illustreerida, kuidas sfääri topoloogiaga ussiaukude tekkimine võib toimuda kahemõõtmelise analoogia näitel – vt jooniseid nr 5 - 7 joonisel 1. Sellised kahemõõtmelised ussiaugud võivad “paisuda” nagu lapsel. kummipall lameda kummist "universumi" mis tahes punktis. Pealegi ei rikuta sellise “inflatsiooni” käigus topoloogiat kuskil - pause pole kuskil. Kolmemõõtmelises ruumis (kolmemõõtmelises sfääris) toimub kõik analoogia põhjal – täpselt nii, nagu ma eespool kirjeldasin.
8. Kas ussiaugust on võimalik teha ajamasinat?
Kirjandusteoste hulgast leiab palju erinevaid romaane ajamasinast. Kahjuks on enamik neist müüdid, millel pole midagi pistmist sellega, mida füüsikas tavaliselt nimetatakse AJAMASINAKS. Nii et füüsikas nimetatakse ajamasinat tavaliselt materiaalsete kehade suletud maailmajoonteks. Maailmajoone all peame silmas mitte ruumis, vaid aegruumis tõmmatud keha trajektoori!
Lisaks peavad nende joonte pikkused olema makroskoopiliste mõõtmetega. Viimane nõue tuleneb sellest, et kvantfüüsikas (mikromaailmas) on osakeste suletud maailmaread tavalised. Kuid kvantmaailm on hoopis teine asi. Selles on näiteks kvanttunneliefekt, mis võimaldab mikroosakesel läbida potentsiaalse barjääri (läbi läbipaistmatu seina). Kas mäletate kangelast Ivanuškat (keda mängis Aleksander Abdulov) filmis "Nõiad", kus ta kõndis läbi seina? Muinasjutt muidugi, aga puhtteaduslikust aspektist vaadatuna on suurel makroskoopilisel kehal ka seinast läbimise võimalus (kvanttunnelitamine).
Aga kui me selle tõenäosuse arvutame, siis osutub see nii väikeseks, et edukaks kvanttunneldamiseks vajalik katsete arv (mis võrdub ühega jagatud selle pisikese tõenäosusega) on peaaegu lõpmatus. Täpsemalt peaks selliste katsete arv ületama kõigi Universumi elementaarosakeste arvu!
See on ligikaudu sama olukord katsega luua kvantsilmust ajamasin – peaaegu uskumatu.
Kuid pöördume siiski tagasi ussiaugu abil ajamasina loomise teema juurde. Selleks (nagu ma juba ütlesin) vajame suletud maailmajooni. Sellised jooned, muide, eksisteerivad pöörlevate mustade aukude sees. Muide, need eksisteerivad mõnes pöörleva universumi mudelis (Godeli lahendus).
Kuid selleks, et sellised jooned ussiaukude sisse ilmuksid, peavad olema täidetud kaks tingimust:
Esiteks peab ussiauk olema rõngasauk, st. ühendada sama universumi erinevaid piirkondi.
Ja teiseks, see ussiauk peab piisavalt kiiresti pöörlema (õiges suunas).
Väljend "piisavalt kiiresti" tähendab siin seda, et selles liikuva aine kiirus peaks olema valguse kiirusele lähedane.
See on kõik? – küsite, kas me saame rännata minevikku ja tagasi? Tänapäeva füüsikud ei suuda sellele küsimusele matemaatiliselt õigesti vastata. Fakt on see, et matemaatiline mudel, mida tuleb arvutada, on nii keeruline, et analüütilist lahendust on lihtsalt võimatu koostada. Veelgi enam: täna pole rõngasaukude jaoks ainsatki analüütilist lahendust - arvutites tehakse vaid ligikaudseid arvulisi arvutusi.
Minu isiklik arvamus on, et isegi kui on võimalik saada suletud maailmajoont, hävitab see aine (mis liigub mööda seda ahelat) juba enne ahela sulgemist. Need. ajamasin on võimatu, muidu võiksime minna ajas tagasi ja näiteks tappa seal oma vanaema juba enne tema laste sündi - ilmselge vastuolu loogikas. Need. On võimalik saada ainult ajasilmuseid, mis ei saa mõjutada meie minevikku. Samal loogilisel põhjusel ei saa me olevikku jäädes vaadata tulevikku. Meid saab transportida ainult täielikult tulevikku ja sealt on võimatu tagasi tulla, kui oleme sinna juba sisenenud. Vastasel juhul katkeb sündmuste põhjus-tagajärg seos (ja minu arvates on see võimatu).
9. Ussiaugud ja igiliikur
Tegelikult pole ussiaukudel endil otsest seost igiliikuriga, kuid fantoomaine abil (mis on ussiaugu statsionaarseks eksisteerimiseks vajalik) on põhimõtteliselt võimalik luua nn igiliikur. lahke.
Lubage mul teile meelde tuletada fantoomaine üht hämmastavat omadust (vt ülalt): alati on olemas võrdlusraam (liigub laboriraami suhtes peaaegu valguse kiirusel), milles fantoomaine tihedus muutub negatiivseks. Kujutagem ette negatiivse massiga keha (mis on valmistatud fantoomainest). Universaalse gravitatsiooniseaduse kohaselt tõmbab see keha positiivse massiga tavalise keha poole. Teisest küljest peab tavaline keha negatiivse massiga kehast eemale tõrjuma. Kui nende kehade absoluutmassid on samad, ajavad kehad üksteist lõpmatuseni.
Kolmandat tüüpi igiliikuri tööpõhimõte põhineb (puhtteoreetiliselt) sellel efektil. Siiski ei ole sellest põhimõttest (rahvamajanduse tarbeks) energia ammutamise võimalus ei matemaatiliselt ega füüsiliselt siiani rangelt tõestatud (kuigi selliseid katseid on tehtud korduvalt).
Veelgi enam, teadlased ei uskunud ega usu igiliikuri loomise võimalikkusesse ja see on peamine argument fantoomaine olemasolu ja ussiaugude vastu... Mina isiklikult ei usu ka igiliikuri loomise võimalikkusesse. igiliikur, kuid tunnistan teatud tüüpi fantoomaine olemasolu võimalust looduses.
10. Ussi- ja mustade aukude seos
Nagu ma eespool kirjutasin, võivad esimesed reliktsed ussiaugud, mis võisid universumis pärast "suurt pauku" tekkida, lõpuks osutuda läbimatuteks. Need. nende läbimine on võimatu. Matemaatilises mõttes tähendab see, et ussiaugu juurde ilmub „lõksuhorisont”, mida mõnikord nimetatakse ka kosmoselaadseks nähtavushorisondiks. Lõksu jäänud horisondi alt ei pääse isegi valgus ja veel vähem muu mateeria.
Võite küsida: "Mis, horisondid on erinevad?" Jah, gravitatsiooniteooriates on mitut tüüpi horisonte ja kui öeldakse, et mustal augul on horisont, siis mõeldakse tavaliselt sündmuste horisonti.
Ütlen veel: ussiaugul peab olema ka horisont, seda horisonti nimetatakse nähtavushorisondiks ja ka selliseid horisonte on mitut tüüpi. Aga ma ei hakka siin sellesse laskuma.
Seega, kui ussiauk on läbimatu, siis väliselt on seda peaaegu võimatu mustast august eristada. Ainus märk sellisest ussiaugust saab olla ainult monopoolne magnetväli (kuigi ussiaugus ei pruugi seda üldse olla).
Väljend “eksklusiivne väli” tähendab, et põld tuleb ussiaugust otse ühes suunas välja, s.t. põld kas väljub ussiaugust igast küljest (nagu siili nõelad) või siseneb igast küljest - vt joonis 6.
Monopoolse magnetvälja olemasolu mustas augus keelab nn teoreem "Juuste puudumise kohta mustas augus".
Elektrilise monopoolvälja puhul tähendab see omadus tavaliselt seda, et pinna sees on elektrilaeng, mille alla väli siseneb (või lahkub). Kuid looduses pole magnetlaenguid leitud, nii et kui väli siseneb ussiaugu ühest sisendist, siis peab see sealt lahkuma ussiaugu teisest sissepääsust (või vastupidi). Seega on teoreetilises füüsikas võimalik rakendada huvitavat kontseptsiooni, seda kontseptsiooni nimetatakse "laeng ilma laenguta".
See tähendab, et magnetiline ussiauk igas selle sisendis näeb välja nagu magnetlaeng, kuid sisendite laengud on vastupidised (+ ja -) ning seetõttu on ussiaugu sisendite kogulaeng null. Tegelikult ei tohiks magnetlaenguid olla, lihtsalt väline magnetväli käitub nii, nagu oleks – vt joonis 6.
Läbitavatel ussiaukudel on oma iseloomulikud tunnused, mille abil saab neid mustadest aukudest eristada ja sellest kirjutan järgmises osas.
Kui ussiauk on läbimatu, saab fantoomaine abil muuta selle läbitavaks. Nimelt kui me ühest sissepääsust fantoomainega läbimatut ussiaugu “kastame”, siis vastassissekäigust muutub see läbitavaks ja vastupidi. Tõsi, küsimus kerkib ja jääb: kuidas saab reisija (kes tahab läbida läbimatut ussiaugu) teavitada oma abilist tema vastas oleva ussiaugu sissepääsu juures (temast silmapiiriga suletud), et ta (rändur) on juba lähedal tema sissepääs ja on aeg hakata “kastma” vastassissepääsu fantoomainega, et ussiauk muutuks reisija poolt soovitud suunas poolläbitavaks.
Seega selleks, et läbimatu ussiauk muutuks täiesti läbitavaks, tuleb seda mõlemast sissepääsust üheaegselt fantoomainega “kasta”. Pealegi peab olema piisav kogus fantoomainet, mis täpselt on keeruline küsimus, saab konkreetse mudeli puhul anda täpse arvulise arvutuse (sellisi mudeleid on teaduspublikatsioonides juba varem arvutatud); Astrofüüsikas oli isegi väljend, et fantoomaine on nii kohutav, et lahustab endas isegi mustad augud! Ausalt öeldes tuleks öelda, et lahustunud must auk ei pruugi moodustada ussiaugu.
Tavaline aine piisavas koguses, vastupidi, “lukustab” ussiaugu, s.t. muudab selle läbimatuks. Seega võime öelda, et selles mõttes on mustade aukude ja ussiaukude vastastikune muundumine võimalik.
11.Must-valged augud kui ussiaugu tüüp
Eeldan, et siiani on lugejale jäänud mulje, et mustad augud on objektid, millest ei saa kunagi midagi välja tulla (sh isegi valgus). See ei ole täiesti tõene väide.
Fakt on see, et peaaegu kõigis mustades aukudes tõrjub singulaarsus mateeriat (ja valgust), kui see lendab sellele liiga lähedale (juba musta augu horisondi all). Ainus erand sellest nähtusest võiks olla nn Schwarzschildi mustad augud, s.o. need, mis ei pöörle ja millel puudub elektrilaeng. Kuid sellise Schwarzschildi musta augu tekkeks on selle koostisosaks vaja selliseid algtingimusi, mille mõõt on null kõigi võimalike algtingimuste hulgal!
Teisisõnu, kui mõni must auk tekib, on sellel kindlasti pöörlemine (isegi kui see on väga väike) ja kindlasti tekib elektrilaeng (isegi kui see on elementaarne), st. must auk ei ole Schwarzschild. Järgnevalt nimetan selliseid musti auke tõelisteks. Päris mustadel aukudel on oma klassifikatsioon: Kerr (pöörleva musta augu jaoks), Reisner-Nordström (laetud musta augu jaoks) ja Kerr-Newman (pöörleva ja laetud musta augu jaoks).
Mis juhtub osakesega, mida tõrjub singulaarsus tõelises mustas augus?
Osake ei saa enam tagasi lennata – see oleks mustas augus vastuolus füüsikaseadustega, sest osake on juba sündmuste horisondi alla langenud. Kuid selgub, et mustade aukude sees olev topoloogia osutub mittetriviaalseks (keeruliseks). See viib tõsiasjani, et pärast musta augu horisondi alla sattumist paiskub kogu aine, osakesed ja valgus singulaarsuse tõttu teise universumisse.
Universumis, kus see kõik välja lendab, on valge auk - sellest lendab aine (osakesed, valgus) välja. Kuid kõik imed ei lõpe sellega... Fakt on see, et samas kohas ruumis, kus on see valge auk (teises universumis), on ka must auk.
Sellesse musta auku (teises universumis) langev aine kogeb sarnast protsessi ja lendab välja järgmisse universumisse. Ja nii edasi... Pealegi on liikumine ühest universumist teise alati võimalik ainult ühes suunas: minevikust tulevikku (aegruumis). Seda suunda seostatakse põhjuse-tagajärje seosega sündmuste vahel mis tahes aegruumis. Terve mõistuse ja loogika alusel eeldavad teadlased, et põhjuse ja tagajärje seost ei tohiks kunagi katkestada.
Lugejal võib tekkida loogiline küsimus: kas meie universumis on ilmtingimata valge auk – seal, kus juba on must auk ja kust võiks aine meile eelmisest universumist välja lennata? Mustade aukude topoloogia ekspertide jaoks on see keeruline küsimus ja vastus sellele on "mitte alati". Kuid põhimõtteliselt võib selline olukord eksisteerida (kui meie universumi must auk on ka valge auk teisest - eelmisest universumist). Kahjuks ei saa me veel vastata küsimusele – milline olukord on tõenäolisem (kas meie universumi must auk on samal ajal ka eelmisest universumist pärit valge auk või mitte).
Niisiis on sellistel objektidel - mustad ja valged augud - ka teine nimi: "dünaamilised ussiavad". Neid nimetatakse dünaamilisteks, kuna neil on alati musta augu horisondi all piirkond (seda piirkonda nimetatakse T-piirkonnaks), kus on võimatu luua jäika tugiraamistikku ja kus kõik osakesed või aine asuvad puhata. T-piirkonnas ei liigu aine ainult kogu aeg – see liigub kogu aeg erineva kiirusega.
Kuid singulaarsuse ja T-piirkonna vahel on tõelistes mustades aukudes alati ruum tavalise piirkonnaga, seda piirkonda nimetatakse R-piirkonnaks. Eelkõige on mustast august väljapoole jääval ruumil ka R-piirkonna omadused. Seega toimub aine tõrjumine singulaarsusest täpselt sisemises R-piirkonnas.
Joonis 7. (autor võttis joonise aluseks Carter-Penrose'i diagrammi Reisner-Nordströmi musta augu jaoks) Vasakpoolne joonis kujutab skemaatiliselt ruumi Reisner-Nordströmi musta mittetriviaalse (keerulise) topoloogiaga -ja valge auk (Carteri-Penrose'i diagramm). Paremal on osakese läbimine läbi selle must-valge augu: väljaspool musta ringi on välimine R-piirkond, rohelise ja musta ringi vahel on T-piirkond, rohelise ringi all on sisemine R-piirkond. piirkond ja singulaarsus.
Nendel põhjustel on võimatu arvutada ja konstrueerida osakese ühte trajektoori, mis läbib mõlemas universumis korraga must-valge augu. Sellise konstruktsiooni jaoks on vaja jagada soovitud trajektoor kaheks osaks ja need sektsioonid sisemises R-piirkonnas kokku õmmelda (ainult seal saab seda teha) - vt joonis 7.
Nagu ma olen varem kirjutanud, võivad loodete jõud aine tükkideks rebida, enne kui see teise universumisse jõuab. Veelgi enam, must-valge augu sees saavutatakse maksimaalsed loodete jõud minimaalse raadiuse punktis (sisemises R-piirkonnas). Mida lähemal on tõeline must auk oma omadustelt Schwarzschildi omale, seda suuremad on need jõud maksimaalselt ja seda väiksem on võimalus, et aine saab mustvalgest august ilma hävitamata üle saada.
Need tõeliste mustade aukude omadused määratakse nende spinni (see on nende nurkimment jagatud massi ruuduga) ja nende laengu mõõt (see on nende laeng jagatud massiga). Ükski neist omadustest (need mõõdud) ei saa olla suurem kui üks tõeliste mustade aukude puhul. Seega, mida suurem on mõni neist meetmetest ühega, seda vähem on sellises mustas augus maksimaalselt loodete jõud ja seda suurem on mateeria (või inimese) võimalus sellisest mustast ja valgest august ilma hävitamiseta üle saada. Veelgi enam, ükskõik kui paradoksaalselt see ka ei kõla, mida raskem on tõeline must auk, seda vähem on loodete jõud maksimumis!
See juhtub seetõttu, et loodete jõud ei ole lihtsalt gravitatsioonijõud, vaid gravitatsioonijõu gradient (st gravitatsioonijõu muutumise kiirus). Seega, mida suurem on must auk, seda aeglasemalt muutuvad gravitatsioonijõud selles (vaatamata sellele, et gravitatsioonijõud ise võivad olla tohutud). Seetõttu on suuremates mustades aukudes gravitatsioonigradient (st loodete jõud) väiksem.
Näiteks mitme miljoni päikesemassiga musta augu puhul (meie galaktika keskmes on must auk massiga ≈ 4,3 miljonit päikesemassi) on selle horisondil olevad loodete jõud inimese jaoks piisavalt väikesed. lennata sinna ja samal ajal mitte midagi, mida ma poleks tundnud hetkel, kui see silmapiirist möödus. Ja Universumis on ka palju raskemaid musti auke - mitme miljardi päikesemassiga (nagu näiteks kvasaril M87) ... Selgitan, et kvasarid on kaugete galaktikate aktiivsed (heledalt helendavad) tuumad. .
Kuna, nagu ma kirjutasin, võib aine või valgus siiski lennata ühest universumist teise läbi mustvalge augu ilma hävinguta, siis võib selliseid objekte õigustatult nimetada teist tüüpi ussiaugudeks ilma fantoomaineta. Pealegi võib seda tüüpi dünaamiliste ussiaukude olemasolu universumis pidada praktiliselt tõestatuks!
Autori originaalvideo (tema väljaandest), mis illustreerib tolmukera vaba, radiaalset kukkumist mustvalgesse auku (kõik sfääril olevad tolmuosakesed helendavad ühevärviliselt roheliselt). Selle mustvalge Reissner-Nordströmi augu Cauchy horisondi raadius on 2 korda väiksem kui välishorisondi raadius. Vaatleja langeb samuti vabalt ja radiaalselt (järel seda sfääri), kuid veidi suuremalt distantsilt.
Sel juhul jõuavad vaatlejani algselt sfääri tolmuterade rohelised footonid punase (ja seejärel violetse) gravitatsioonilise nihkega. Kui vaatleja jääks must-valge augu suhtes liikumatuks, siis pärast kera nähtavushorisondi ületamist muutuks vaatleja jaoks footonite punanihe lõpmatuks ja ta ei saaks seda tolmusfääri enam jälgida. Aga tänu vaatleja vabalangemisele näeb ta kera kogu aeg (kui mitte arvestada footonite tugevat punanihet) - sh. ja hetked, mil kera ületab mõlemat horisonti ja kui vaatleja ise ületab need silmapiirid ja isegi pärast seda, kui kera läbib selle dünaamilise ussiaugu (must-valge augu) kaela - ja tolmuosakeste väljumist teise universumisse .
Allpool on vaatleja raadiuse skaala (tähistatud kollase märgiga), vaatlejale lähim tolmukesta punkt (märgitud rohelise märgiga), vaatlejast kõige kaugemal asuv tolmukesta punkt, millest footonid liiguvad. tulla vaatleja juurde (tähistatud õhukese valge märgiga), samuti horisondi musta augu (punane märk), Cauchy horisondi (sinine märk) ja kurgupunkti (lilla märk) asukoht.
12.Multiversum
Multiversumi mõistet samastatakse tavaliselt meid ümbritseva ruumi mittetriviaalse topoloogiaga. Veelgi enam, erinevalt kvantfüüsika mõistest "multiversum" tähendavad need piisavalt suuri ruumilisi skaalasid, mille puhul võib kvantefekte täielikult tähelepanuta jätta. Mis on mittetriviaalne topoloogia? Selgitan seda lihtsate näidetega. Kujutagem ette kahte plastiliinist voolitud eset: tavalist sangaga tassi ja selle tassi alustassi.
Plastiliini rebimata ja pindu liimimata, vaid ainult plastiliini plastilise deformatsiooni teel saab taldriku palliks, aga tassi või sõõrikut ei saa kuidagi. Tassi puhul on see vastupidi: oma käepideme tõttu ei saa tassi teha alustassi ega palli, küll aga saab sellest sõõriku. Need taldriku ja palli ühised omadused vastavad nende ühisele topoloogiale – kera topoloogiale ning tassi ja sõõriku ühistele omadustele – toruse topoloogiale.
Seega peetakse sfääri (alus ja pall) topoloogiat triviaalseks ning toruse keerukamat topoloogiat (tass ja sõõrik) mittetriviaalseks, kuigi on ka teisi, veelgi keerulisemaid mitte-tüüpe. -triviaalne topoloogia - mitte ainult toruse topoloogia. Meid ümbritsev Universum koosneb vähemalt kolmest ruumilisest (pikkus, laius, kõrgus) ja ühest ajamõõtmest ning topoloogia mõisted kanduvad ilmselgelt meie maailma.
Seega, kui kaks erinevat sfääri topoloogiaga universumit on ühendatud ainult ühe ussiavaga (hantliga), siis on tekkinud universumil ka sfääri triviaalne topoloogia. Aga kui ühe universumi kaks erinevat osa on omavahel ühendatud ussiauguga (kaaluga), siis on sellisel universumil mittetriviaalne toruse topoloogia.
Kui kaks erinevat sfääri topoloogiaga universumit on ühendatud kahe või enama ussiauguga, on tulemuseks oleval universumil mittetriviaalne topoloogia. Mitme ussiaukuga ühendatud universumite süsteemil on ka mittetriviaalne topoloogia, kui on olemas vähemalt üks suletud joon, mida ei saa ühegi sujuva deformatsiooniga ühte punkti kokku tõmmata.
Kogu oma atraktiivsuse juures on ussiaukudel kaks olulist puudust: nad on ebastabiilsed ja nende olemasolu eeldab eksootilise (või fantoom-) aine olemasolu. Ja kui nende stabiilsust saab veel kunstlikult realiseerida, siis paljud teadlased lihtsalt ei usu fantoomaine olemasolu võimalikkusesse. Ülaltoodu põhjal võib tunduda, et ilma ussiaukudeta on Multiversumi olemasolu võimatu. Kuid selgub, et see pole nii: päris mustade aukude olemasolu on Multiversumi eksisteerimiseks täiesti piisav.
Nagu ma juba ütlesin, on kõigi mustade aukude sees singulaarsus - see on ala, kus energia ja aine tihedus jõuab lõpmatute väärtusteni. Peaaegu kõigis mustades aukudes tõrjub singulaarsus mateeriat (ja valgust), kui see sellele liiga lähedale jõuab (juba musta augu horisondi alla).
Ainus erand sellest nähtusest võivad olla nn Schwarzschildi mustad augud ehk need, mis üldse ei pöörle ja millel puudub elektrilaeng. Schwarzschildi mustal augul on triviaalne topoloogia. Kuid sellise Schwarzschildi musta augu tekkeks vajab seda moodustav aine selliseid algtingimusi, mille mõõt on null kõigi võimalike algtingimuste hulgal!
Teisisõnu, kui suvaline must auk tekib, on sellel kindlasti pöörlemine (isegi kui see on väga väike) ja seal on kindlasti elektrilaeng (isegi kui elementaarne), see tähendab, et must auk ei ole Schwarzschild. Ma nimetan selliseid musti auke tõelisteks.
Schwarzschildi mustal augul on singulaarsus lõpmata väikese pindalaga kesksfääri sees. Tõelisel mustal augul on singulaarsus rõngal, mis asub ekvaatoritasandil musta augu mõlema horisondi all. Siinkohal tasub lisada, et erinevalt Schwarzschildi mustast august on tõelisel mustal augul mitte üks, vaid kaks horisonti. Veelgi enam, nende horisontide vahel vahetavad ruumi ja aja matemaatilised märgid kohti (kuigi see ei tähenda sugugi, et ruum ja aeg ise vahetavad kohti, nagu mõned teadlased usuvad).
Mis juhtub osakesega, mille singulaarsus tõrjub tõelises mustas augus (juba selle sisemise horisondi all)? Osake ei saa enam tagasi lennata: see oleks vastuolus füüsika ja põhjuslikkuse seadustega mustas augus, kuna osake on juba sündmuste horisondi alla langenud. See viib tõsiasjani, et pärast tõelise musta augu sisemise horisondi alla sattumist paiskub mis tahes aine, osakesed, valgus singulaarsuse tõttu teise universumisse.
Seda seetõttu, et erinevalt Schwarzschildi mustadest aukudest osutub tõeliste mustade aukude sees olev topoloogia mittetriviaalseks. Kas pole hämmastav? Isegi musta augu kerge pöörlemine toob kaasa selle topoloogia omaduste radikaalse muutumise! Universumis, kust aine siis välja lendab, on valge auk – kõik lendab sealt välja. Kuid kõik imed ei lõpe sellega... Fakt on see, et samas kohas ruumis, kus on see valge auk, teises universumis on ka must auk. Aine, mis satub sellesse teise universumi musta auku, läbib sarnase protsessi ja lendab välja järgmisse universumisse jne.
Pealegi on liikumine ühest universumist teise alati võimalik ainult ühes suunas – minevikust tulevikku (aegruumis). Seda suunda seostatakse põhjuse-tagajärje seosega sündmuste vahel mis tahes aegruumis. Terve mõistuse ja loogika alusel eeldavad teadlased, et põhjuse ja tagajärje seost ei tohiks kunagi katkestada. Sellist objekti nimetatakse tavaliselt must-valgeks auguks (selles mõttes võiks ussiauku nimetada valge-valgeks auguks). See on Multiversum, mis eksisteerib tänu tõeliste mustade aukude olemasolule ning mille olemasoluks pole ussiaukude ja fantoomaine olemasolu vajalik.
Ma eeldan, et enamiku lugejate jaoks on raske ette kujutada, et samas ruumipiirkonnas (samas sfääris, mille horisondi raadius on musta auk) oleks kaks põhimõtteliselt erinevat objekti: must auk ja valge auk. Kuid matemaatiliselt saab seda üsna rangelt tõestada.
Kutsun lugejat ette kujutama lihtsat mudelit: pöörduksega hoone sissepääs (ja väljapääs). See uks saab pöörata ainult ühes suunas. Hoone sees on selle ukse juures olev sisse- ja väljapääs eraldatud pöördväravidega, võimaldades külastajatel läbida ainult ühes suunas (sisenemine või väljapääs), kuid väljaspool hoonet pöördväravad puuduvad. Kujutagem ette, et hoone sees jagavad need pöördväravad kogu hoone kaheks osaks: universum nr 1 hoonest väljumiseks ja universum nr 3 sinna sisenemiseks ning väljaspool hoonet on universum nr 2 – see, kus sina ja ma elan. Hoone sees võimaldavad turnikad samuti liikuda ainult suunas nr 1 kuni nr 3. Selline lihtne mudel illustreerib hästi must-valge augu tegevust ja selgitab, et väljaspool hoonet võivad sisenevad ja väljuvad külastajad omavahel kokku põrkuda, kuid hoone sees ei saa seda liikumise ühesuunalisuse tõttu (nagu ka osakesed aine vastavates universumites).
Tegelikult on nähtused, mis kaasnevad mateeriaga sellisel teise universumi väljutamisel, üsna keerulised protsessid. Peamist rolli hakkavad neis mängima gravitatsioonilised loodete jõud, millest ma eespool kirjutasin. Kui aga musta auku sattuv aine singulaarsuseni ei jõua, jäävad sellele mõjuvad loodete jõud alati lõplikuks ja seega osutub põhimõtteliselt võimalikuks robotil (või isegi inimesel) läbida. selline must-valge auk seda kahjustamata. Pealegi, mida suurem ja massiivsem on must auk, seda väiksemad on loodete jõud maksimaalselt...
Lugejal võib tekkida loogiline küsimus: kas meie universumis on tingimata valge auk seal, kus juba on must auk ja kust eelmisest universumist pärit aine meile välja lennata võiks? Mustade aukude topoloogia ekspertide jaoks on see keeruline küsimus ja vastus on "mitte alati". Kuid põhimõtteliselt võib selline olukord eksisteerida – kui must auk meie universumis on ühtlasi valge auk teisest, eelmisest universumist. Vastake küsimusele "Milline olukord on tõenäolisem?" (olgu meie universumi must auk ka eelmisest universumist pärit valge auk või mitte), seda me kahjuks veel ei saa.
Muidugi ei ole täna ega lähitulevikus tehniliselt võimalik isegi robotit musta auku saata, kuid mõned ussi- ja mustvalgetele aukudele iseloomulikud füüsikalised efektid ja nähtused omavad nii ainulaadseid omadusi, et tänapäeval on vaatlusastronoomias olemas. jõuda nende avastamisele ja sellest tulenevalt ka selliste objektide avastamisele lähedale.
13.Milline peaks välja nägema ussiauk läbi võimsa teleskoobi
Nagu ma juba kirjutasin, kui ussiauk on läbimatu, siis on selle eristamine mustast august väga keeruline. Aga kui see on läbitav, siis saab selle kaudu jälgida objekte ja tähti teises universumis.
Joonis 9. (autori originaaljoonis)
Vasakpoolne paneel näitab tähistaevast, mida vaadeldakse läbi ringikujulise augu samas universumis (1 miljon identset, ühtlaselt jaotunud tähte). Keskmine paneel näitab teise universumi tähistaevast vaadatuna läbi staatilise ussiaugu (1 miljon erinevat pilti 210 069 identselt ja ühtlaselt jaotunud tähelt teises universumis). Parempoolne paneel näitab teise universumi tähistaevast vaadatuna läbi must-valge augu (1 miljon erinevat pilti 58 892 identselt ja ühtlaselt jaotunud tähelt teises universumis).
Vaatleme tähistaeva lihtsaimat (hüpoteetilist) mudelit: taevas on üsna palju ühesuguseid tähti ja kõik need tähed on taevasfääris ühtlaselt jaotunud. Siis on selle taeva pilt, mida vaadeldakse läbi ringikujulise augu samas universumis, selline, nagu on näidatud joonise 9 vasakpoolsel paneelil. See vasakpoolne paneel näitab 1 miljonit identset, ühtlaselt paigutatud tähte, nii et pilt näib olevat peaaegu ühtlane ringikujuline laik.
Kui vaatleme sama tähistaevast (teises universumis) läbi ussiaugu kaela (meie universumist), siis näeb nende tähtede piltide pilt umbes selline välja, nagu on näidatud
Kaadrid filmist "Interstellar" koos ussiauguga (2014)
Kosmoseeepos “Tähtedevaheline” (jutt on 2014. aasta oktoobris ilmunud ulmefilmist) räägib astronautidest, kes inimkonna päästmise võimalusi otsides avastavad “elutee”, mida kujutab salapärane tunnel.
See lõik ilmub seletamatul kombel Saturni lähedal ja viib aegruumis inimese kaugesse galaktikasse, pakkudes seeläbi võimalust leida elusolenditega asustatud planeete. Planeedid, millest võib saada inimeste teine kodu.
Hüpoteesile filmitunneli olemasolust, mida teadlased nimetavad "ussiauguks" või "ussiauguks", eelnes reaalne füüsikateooria, mille pakkus välja üks esimesi astrofüüsikuid ja California Tehnoloogiainstituudi endine professor. Kip Thorne.
Kip Thorne aitas astronoomil, astrofüüsikul, teaduse populariseerijal ja ühel projekti algatajatest maavälise intelligentsi otsimisel - Carl Saganil - luua oma romaani "Kontakt" jaoks ussiaugu mudeli. Filmi visuaalsete kujutiste veenvus kosmoseteadlastele on nii ilmne, et astrofüüsikud tunnistavad, et need on ehk kõige täpsemad kujutised ussi- ja mustadest aukudest, mis maailma kinos eksisteerivad.
Tähelepanelikku vaatajat kummitab selles filmis vaid üks “väike” detail: millegi sellisega kosmoseekspressiga lennata on muidugi suurepärane, aga kas piloodid suudavad selle väga tähtedevahelise liikumise ajal mitte alla anda?
Kosmose kassahiti loojad otsustasid jätta mainimata, et algne ussiaukude teooria kuulus teistele juhtivatele astrofüüsika teoreetikutele – Albert Einstein asus seda välja töötama koos oma assistendi Nathan Roseniga. Need teadlased püüdsid lahendada Einsteini üldrelatiivsusteooria võrrandeid nii, et tulemuseks oli kogu universumi matemaatiline mudel koos gravitatsioonijõudude ja ainet moodustavate elementaarosakestega. Kõige selle käigus püüti ruumi ette kujutada kahe geomeetrilise tasapinnana, mis on omavahel “sildadega” ühendatud.
Paralleelselt, kuid Einsteinist sõltumatult, tegi sarnast tööd teine füüsik Ludwig Flamm, kes 1916. aastal, samuti Einsteini võrrandeid lahendades, leidis sellised "sillad".
Kõik kolm "sillaehitajat" kannatasid ühise pettumuse, kuna "teooria kõigest olemasolevast" osutus elujõuliseks: sellised "sillad" ei toiminud teoreetiliselt sugugi nagu tõelised elementaarosakesed.
Sellegipoolest avaldasid Einstein ja Rosen 1935. aastal artikli, kus nad visandasid oma tunneliteooria aegruumi kontiinumis. See töö, nagu autorid välja mõtlesid, pidi ilmselgelt julgustama teisi teadlaste põlvkondi mõtlema sellise teooria rakendamise võimalusele.
Princetoni ülikooli füüsik John Wheeler tõi omal ajal sõnavarasse nimetuse "ussiauk", mida kasutati algusaastatel "sillade" mudelite ehitamise uurimiseks vastavalt Einsteini-Roseni teooriale. Wheeler märkas: selline “sild” meenutab valusalt ussi näritud käiku viljas. Kujutagem ette sipelgat, kes roomab ühelt pirni servalt teisele – ta võib kas roomata mööda kogu kõverat pinda või otseteed kasutades ületada vilja läbi ussiaugu tunneli.
Mis siis, kui kujutame ette, et meie kolmemõõtmeline aegruumi kontiinum on pirni nahk, et kumer pind ümbritseb palju suuremat "massi"? Võib-olla on Einsteini-Roseni "sild" just see tunnel, mis seda "massi" läbi lõikab, see võimaldab tähelaevade pilootidel vähendada kahe punkti vahelist kaugust. Tõenäoliselt räägime sel juhul üldise relatiivsusteooria reaalsest matemaatilisest lahendusest.
Wheeleri sõnul meenutavad Einstein-Roseni "sildade" suudmed väga nn Schwarzschildi musta auku - lihtsat ainet, mis on sfäärilise kujuga ja nii tihe, et selle gravitatsioonijõudu ei saa isegi valgusega ületada. Astronoomidel on "mustade aukude" olemasolu kohta tugev arvamus. Nad usuvad, et need moodustised sünnivad siis, kui väga massiivsed tähed "kokku kukuvad" või surevad välja.
Kui põhjendatud on hüpotees, et “must auk” on sama mis “ussiauk” või tunnel, mis võimaldab pikki kosmoselende? Võib-olla on see väide matemaatilisest vaatenurgast tõsi. Kuid ainult teoreetiliselt: sellisel ekspeditsioonil pole ellujääjaid.
Schwarzschildi mudel kujutab "musta augu" tumedat keskosa ainsuse punkti või keskse neutraalse paigalseisva kuulina, millel on lõpmatu tihedus. Wheeleri arvutused näitavad juhtunu tagajärgi sellise “ussiaugu” tekkimisel, kui universumi kahes kaugemas osas asuvad kaks ainsuspunkti (“Schwarzschildi mustad augud”) koonduvad selle “massi” ja loovad nende vahele tunneli. .
Teadlane selgitas välja, et selline "ussiauk" on ebastabiilse iseloomuga: kõigepealt tekib tunnel ja seejärel variseb kokku, misjärel jääb taas ainult kaks üksikut punkti ("mustad augud"). Tunneli ilmumise ja paugutamise protseduur toimub nii välkkiirelt, et isegi valguskiir ei suuda sellest läbi tungida, rääkimata läbilibisemist üritavast astronaudist - "must auk" neelab ta täielikult alla. Ilma naljata – me räägime kohesest surmast, sest pöörase jõuga gravitatsioonijõud rebivad inimese tükkideks.
"Mustad augud" ja "valged laigud"
Filmiga samal ajal andis Thorne välja raamatu The Science of Interstellar. Selles teoses kinnitab ta: "Iga keha - elav või elutu - hetkel tunneli varisemine purustatakse ja rebitakse tükkideks!"
Teise alternatiivse võimaluse - Kerri pöörleva "musta augu" - jaoks on planeetidevahelise reisi "valgete laikude" uurijad leidnud üldisele relatiivsusteooriale teistsuguse lahenduse. Kerri "musta augu" sees olev singulaarsus on teistsuguse kujuga, mitte sfääriline, vaid rõngakujuline.
Selle teatud mudelid võivad anda inimesele võimaluse tähtedevahelisel lennul ellu jääda, kuid ainult siis, kui laev läbib selle augu eranditult läbi rõnga keskpunkti. Midagi kosmosekorvpalli sarnast, ainult tabamuse hind pole siin lisapunktid: kaalul on tähelaeva ja selle meeskonna olemasolu.
Raamatu "The Science of Starslar" autor Kip Thorne kahtleb selle teooria seisukorras. 1987. aastal kirjutas ta artikli "ussiaugust" lendamisest, kus tõi välja olulise detaili: Kerri tunneli kaelal on väga ebausaldusväärne osa, mida nimetatakse "Cauchy horisondiks".
Nagu vastavad arvutused näitavad, variseb tunnel kohe, kui keha üritab sellest punktist mööduda. Veelgi enam, tingimusel, et "ussiauk" teatud määral stabiliseerub, täitub see, nagu ütleb kvantteooria, kohe kiirete suure energiaga osakestega.
Järelikult, niipea kui jääte Kerri "musta auku", jääb teile kuiv praetud koorik.
Põhjus on "kohutav kaugtegevus"?
Fakt on see, et füüsikud pole veel klassikalisi gravitatsiooniseadusi kvantteooriaga kohandanud – seda matemaatikaharu on liiga raske mõista ja paljud teadlased pole sellele täpset määratlust andnud.
Samal ajal väitsid Princetoni teadlane Juan Malsadena ja tema Stanfordi kolleeg Leonard Susskind, et ussiaugud pole ilmselt midagi muud kui takerdumise materiaalne kehastus ajal, mil kvantobjektid on ühendatud – olenemata sellest, kas nad on üksteisest kaugel.
Albert Einsteinil oli sellise takerdumise jaoks oma nimi - "kohutav pikamaategevus" ei mõelnud suur füüsik isegi üldtunnustatud seisukohaga nõustuda. Sellest hoolimata on paljud katsed tõestanud kvantpõimumise olemasolu. Pealegi kasutatakse seda juba ärilistel eesmärkidel – see kaitseb võrgus andmeedastust, näiteks pangatehinguid.
Malsadena ja Susskindi sõnul võib kvantpõimumine suurtes kogustes mõjutada aegruumi kontiinumi geomeetria muutusi ja aidata kaasa "ussiaukude" tekkimisele seotud "mustade aukude" kujul. Kuid nende teadlaste hüpotees ei võimalda läbitavate tähtedevaheliste tunnelite tekkimist.
Malsadena sõnul ei anna need tunnelid ühelt poolt võimalust lennata valguse kiirusest kiiremini, teisalt võivad need siiski aidata astronautidel seal, sees, kellegagi "teisega" kohtuda. Sellisest kohtumisest pole aga mingit naudingut, sest kohtumisele järgneb vältimatu surm gravitatsioonilöögist “musta augu” keskel.
Ühesõnaga, "mustad augud" on tõeline takistus inimeste kosmoseuuringutele. Mis võivad sel juhul olla "ussiaugud"? Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuse teadlase Avi Loebi sõnul on inimestel selles osas palju valikuvõimalusi: kuna puudub teooria, mis ühendaks üldrelatiivsusteooria kvantmehaanikaga, ei ole me teadlikud võimaliku aegruumi kogu ulatusest. struktuurid, kus võivad tekkida ussiaugud "
Nad kukuvad kokku
Kuid ka siin pole kõik nii lihtne. Seesama Kip Thorne kehtestas 1987. aastal omapära, et iga üldisele relatiivsusteooriale vastav “ussiauk” kukub kokku, kui seda ei püüta lahti hoida nn negatiivse energia või antigravitatsiooniga eksootilise aine tõttu. Thorne kinnitab: eksomateeriumi olemasolu saab kindlaks teha eksperimentaalselt.
Katsed näitavad, et vaakumi kvantkõikumised on ilmselt võimelised tekitama negatiivset rõhku kahe peegli vahel, mis on üksteisele väga lähedal.
Kui aga vaadelda nn tumedat energiat, siis Avi Loebi sõnul annavad need uuringud veelgi rohkem põhjust uskuda eksootilise aine olemasolusse.
Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuse teadlane ütleb, et "...oleme kogu lähiajaloos näinud galaktikaid, mis kaugenevad meist aja jooksul üha suurema kiirusega, justkui oleksid nad antigravitatsiooni mõju all – see kiirenev laienemine. Universumit saab seletada, kui universum on täidetud alarõhuga ainega, täpselt sellise materjaliga, mida on vaja ussiaugu tekitamiseks...”
Samal ajal usuvad nii Loeb kui ka Thorne, et isegi kui ussiauk võiks loomulikul teel tekkida, vajaks see eksootilise aine massi. Ainult kõrgelt arenenud tsivilisatsioon on võimeline koguma sellist energiavaru ja seejärel sellise tunneli stabiliseerima.
Samuti pole nende vaadetes selle teooria suhtes "seltsimeeste vahel üksmeelt". Näiteks nende kolleeg Malsadena Loebi ja Thorne'i leidudest arvab järgmist:
"...Ma usun, et idee stabiilsest läbitavast ussiaugust ei ole piisavalt arusaadav ja ilmselt ei vasta teadaolevatele füüsikaseadustele..." Sabine Hossenfelder Skandinaavia Teoreetilise Füüsika Instituudist Rootsis purustab Loeb-Thorni järeldused täielikult kildudeks: „... Meil pole absoluutselt mingeid tõendeid eksootilise aine olemasolu kohta. Pealegi on levinud arvamus, et seda ei saa eksisteerida, sest kui see oleks olemas, oleks vaakum ebastabiilne..."
Isegi kui selline eksootiline aine oleks olemas, arendab Hossenfelder oma ideed, selle sees liikumine oleks äärmiselt ebameeldiv: iga kord oleksid aistingud otseses sõltuvuses tunnelit ümbritseva aegruumi struktuuri kõverusastmest ja selle sees olevast energiatihedusest. Sabine Hossenfelder järeldab:
"...See on väga sarnane "mustade aukudega": loodete jõud on liiga suur ja inimene rebitakse tükkideks..."
Paradoksaalsel kombel ei usu Thorne vaatamata oma panusele tähtedevahelises filmis ka eriti, et selline läbitav tunnel võiks kunagi tekkida. Ja võimalus, et astronaudid sellest läbi saavad (ilma igasuguse kahjuta!) – ja veelgi enam. Ta ise tunnistab seda oma raamatus:
"...Kui need [tunnelid] võivad eksisteerida, siis ma väga kahtlen, et need võivad astrofüüsikalises universumis loomulikult tekkida..."
...Nii et siis uskuge ulmefilme!