Stjerneuniverset er fyldt med mange mysterier. Ifølge den generelle relativitetsteori (GR), skabt af Einstein, lever vi i et firedimension alt rum-tid. Den er buet, og tyngdekraften, som vi alle kender, er en manifestation af denne egenskab. Materien bøjer, "bøjer" rummet omkring sig selv, og jo mere, jo tættere er det. Rum, rum og tid er alle meget interessante emner. Når du har læst denne artikel, vil du helt sikkert lære noget nyt om dem.
Ideen om krumning
Mange andre teorier om tyngdekraft, som der er hundredvis af i dag, adskiller sig fra generel relativitet i detaljer. Imidlertid bevarer alle disse astronomiske hypoteser det vigtigste - ideen om krumning. Hvis rummet er buet, så kan vi antage, at det for eksempel kan tage form af et rør, der forbinder områder, der er adskilt af mange lysår. Og måske endda epoker langt fra hinanden. Vi taler jo ikke om det rum, der er kendt for os, men om rum-tid, når vi betragter kosmos. Et hul i denvises kun under visse betingelser. Vi inviterer dig til at se nærmere på et så interessant fænomen som ormehuller.
Første ideer om ormehuller
Det dybe rum og dets mysterier lokker. Tanker om krumning dukkede op umiddelbart efter GR blev offentliggjort. L. Flamm, en østrigsk fysiker, sagde allerede i 1916, at rumlig geometri kan eksistere i form af et slags hul, der forbinder to verdener. Matematikeren N. Rosen og A. Einstein bemærkede i 1935, at de enkleste ligningsløsninger inden for rammerne af almen relativitet, der beskriver isolerede elektrisk ladede eller neutrale kilder, der skaber gravitationsfelter, har en rumlig "bro"-struktur. Det vil sige, de forbinder to universer, to næsten flade og identiske rumtider.
Senere blev disse rumlige strukturer kendt som "ormehuller", som er en ret løs oversættelse af det engelske ord ormehul. En nærmere oversættelse af det er "ormehul" (i rummet). Rosen og Einstein udelukkede ikke engang muligheden for at bruge disse "broer" til at beskrive elementarpartikler med deres hjælp. Faktisk er partiklen i dette tilfælde en rent rumlig formation. Derfor er det ikke nødvendigt at modellere kilden til ladning eller masse specifikt. Og en fjern ydre observatør, hvis ormehullet har mikroskopiske dimensioner, ser kun en punktkilde med ladning og masse i et af disse rum.
Einstein-Rosen "Bridges"
Elektriske kraftlinjer kommer ind i hulen fra den ene side, og fra den anden side går de ud uden at slutte eller starte nogen steder. J. Wheeler, en amerikansk fysiker, sagde ved denne lejlighed, at "ladning uden ladning" og "masse uden masse" opnås. Det er slet ikke nødvendigt i dette tilfælde at overveje, at broen tjener til at forbinde to forskellige universer. Ikke mindre passende ville antagelsen være, at begge "munde" på et ormehul går ud i det samme univers, men på forskellige tidspunkter og på forskellige steder i det. Det viser sig noget, der ligner et hult "håndtag", hvis det er syet til en næsten flad kendt verden. Kraftlinjerne kommer ind i munden, hvilket kan forstås som en negativ ladning (lad os sige en elektron). Munden, som de kommer ud af, har en positiv ladning (positron). Hvad angår masserne, vil de være ens på begge sider.
Betingelser for dannelsen af Einstein-Rosen "broer"
Dette billede har, trods al dets tiltrækningskraft, ikke vundet indpas i partikelfysikken af mange grunde. Det er ikke nemt at tillægge Einstein-Rosen "broerne", som er uundværlige i mikroverdenen, kvanteegenskaber. En sådan "bro" er slet ikke dannet for kendte værdier af ladninger og masser af partikler (protoner eller elektroner). Den "elektriske" løsning forudsiger i stedet en "bar" singularitet, det vil sige et punkt, hvor det elektriske felt og rummets krumning bliver uendelig. På sådanne punkter, konceptetrum-tid, selv i tilfælde af krumning, mister sin betydning, da det er umuligt at løse ligninger, der har et uendeligt antal led.
Hvornår fejler GR?
OTO angiver i sig selv præcist, hvornår den holder op med at virke. På nakken, på det smalleste sted af "broen", er der en krænkelse af glatheden af forbindelsen. Og det må siges, at det er ret ikke-trivielt. Fra positionen af en fjern observatør stopper tiden ved denne hals. Hvad Rosen og Einstein troede var halsen, er nu defineret som begivenhedshorisonten for et sort hul (uanset om det er ladet eller neutr alt). Stråler eller partikler fra forskellige sider af "broen" falder på forskellige "sektioner" af horisonten. Og mellem dens venstre og højre del er der relativt set et ikke-statisk område. For at passere området er det umuligt ikke at passere det.
Manglende evne til at passere gennem et sort hul
Et rumskib, der nærmer sig horisonten af et relativt stort sort hul, ser ud til at fryse for evigt. Mindre og sjældnere når signaler fra den … Tværtimod nås horisonten ifølge skibets ur på en begrænset tid. Når et skib (en lysstråle eller en partikel) passerer det, vil det snart løbe ind i en singularitet. Det er her krumningen bliver uendelig. I singulariteten (stadig på vej dertil) vil den forlængede krop uundgåeligt blive revet og knust. Dette er virkeligheden af, hvordan et sort hul fungerer.
Yderligere forskning
I 1916-17. Reisner-Nordström og Schwarzschild løsninger blev opnået. I dembeskriver sfærisk symmetriske elektrisk ladede og neutrale sorte huller. Imidlertid var fysikere først i stand til fuldt ud at forstå disse rums komplekse geometri ved begyndelsen af 1950'erne og 60'erne. Det var på det tidspunkt, at D. A. Wheeler, kendt for sit arbejde inden for teorien om tyngdekraft og kernefysik, foreslog udtrykkene "ormehul" og "sort hul". Det viste sig, at der i Reisner-Nordströms og Schwarzschilds rum virkelig er ormehuller i rummet. De er fuldstændig usynlige for en fjern observatør, ligesom sorte huller. Og ligesom dem er ormehuller i rummet evige. Men hvis den rejsende trænger ud over horisonten, kollapser de så hurtigt, at hverken en lysstråle eller en massiv partikel, endsige et skib, kan flyve igennem dem. For at flyve til en anden mund, uden om singulariteten, skal du bevæge dig hurtigere end lyset. I øjeblikket mener fysikere, at supernovahastigheder af energi og stof er fundament alt umulige.
Sorte huller fra Schwarzschild og Reisner-Nordström
Det sorte hul fra Schwarzschild kan betragtes som et uigennemtrængeligt ormehul. Hvad angår det sorte hul i Reisner-Nordström, er det noget mere kompliceret, men også ufremkommeligt. Alligevel er det ikke så svært at finde på og beskrive firedimensionelle ormehuller i rummet, som kunne krydses. Du skal blot vælge den type metrik, du har brug for. Den metriske tensor, eller metrikken, er et sæt værdier, der kan bruges til at beregne de firedimensionelle intervaller, der eksisterer mellem hændelsespunkter. Dette sæt værdier karakteriserer fuldt ud både gravitationsfeltet ogrum-tid geometri. Geometrisk gennemkørelige ormehuller i rummet er endnu enklere end sorte huller. De har ikke horisonter, der fører til katastrofer med tiden. På forskellige tidspunkter kan tiden gå i et andet tempo, men den bør ikke stoppe eller accelerere uendeligt.
To linjers ormehulsforskning
Naturen har lagt en barriere for forekomsten af ormehuller. En person er dog indrettet sådan, at hvis der er en forhindring, vil der altid være dem, der vil overvinde den. Og videnskabsmænd er ingen undtagelse. Teoretikeres værker, der er engageret i studiet af ormehuller, kan betinget opdeles i to områder, der komplementerer hinanden. Den første omhandler overvejelsen af deres konsekvenser, idet det på forhånd antages, at der findes ormehuller. Repræsentanter for den anden retning forsøger at forstå, hvad og hvordan de kan se ud, hvilke betingelser der er nødvendige for deres forekomst. Der er flere værker i denne retning end i den første, og måske er de mere interessante. Dette område omfatter søgningen efter modeller af ormehuller samt undersøgelse af deres egenskaber.
Russiske fysikeres resultater
Som det viste sig, kan stoffets egenskaber, som er materialet til konstruktion af ormehuller, realiseres på grund af polariseringen af kvantefelternes vakuum. Russiske fysikere Sergei Sushkov og Arkady Popov kom for nylig sammen med den spanske forsker David Hochberg og Sergei Krasnikov frem til denne konklusion. Vakuum i dette tilfælde er ikketomhed. Dette er en kvantetilstand karakteriseret ved den laveste energi, det vil sige et felt, hvor der ikke er nogen rigtige partikler. I dette felt opstår der konstant par af "virtuelle" partikler, som forsvinder, før de opdages af enheder, men efterlader deres præg i form af en energitensor, det vil sige en impuls karakteriseret ved usædvanlige egenskaber. På trods af det faktum, at stoffets kvanteegenskaber hovedsageligt manifesteres i mikrokosmos, kan de ormehuller, der genereres af dem, under visse betingelser nå betydelige størrelser. En af Krasnikovs artikler hedder i øvrigt "Truslen om ormehuller".
Et spørgsmål om filosofi
Hvis der nogensinde bliver bygget eller opdaget ormehuller, vil det filosofiområde, der beskæftiger sig med fortolkning af videnskab, stå over for nye udfordringer, og jeg må sige, meget vanskelige. På trods af al den tilsyneladende absurditet af tidsløkker og de svære problemer med kausalitet, vil dette område af videnskaben nok finde ud af det en dag. Ligesom de beskæftigede sig med kvantemekanikkens problemer og relativitetsteorien skabt af Einstein. Rum, rum og tid - alle disse spørgsmål interesserer folk i alle aldre og vil tilsyneladende altid interessere os. Det er næsten umuligt at kende dem helt. Rumudforskning vil næppe nogensinde blive afsluttet.
