Kako je Ajnštajnova teorija predvidela crne rupe i crvotočine. Crvotočine u svemiru

Ajnštajn-Rozenov most

Relativistički opis crnih rupa pojavljuje se u radu Karla Schwarzschilda. Godine 1916., samo nekoliko mjeseci nakon što je Ajnštajn zapisao svoje čuvene jednačine, Švarcšild je uspeo da pronađe tačno rešenje za njih i izračuna gravitaciono polje masivne nepokretne zvezde.

Schwarzschildovo rješenje imalo je nekoliko zanimljivih karakteristika. Prvo, postoji “tačka bez povratka” oko crne rupe. Svaki predmet koji se približi na udaljenosti manjoj od ovog radijusa neizbježno će biti usisan u crnu rupu i neće moći pobjeći. Osoba koja nema dovoljno sreće da se nađe u Schwarzschildovom radijusu biće zarobljena od strane crne rupe i smrvljena na smrt. Trenutno se ova udaljenost od crne rupe zove Schwarzschildov radijus, ili horizont događaja(najudaljenija vidljiva tačka).

Drugo, svako ko se nađe unutar Schwarzschildovog radijusa otkriće „zrcalni univerzum“ na „onoj strani“ prostor-vremena (slika 10.2). Ajnštajnu nije smetalo postojanje ovog bizarnog zrcalnog univerzuma, jer je komunikacija sa njim bila nemoguća. Svaka svemirska sonda poslana u centar crne rupe naići će na beskonačnu zakrivljenost; drugim riječima, gravitacijsko polje će biti beskonačno i svaki materijalni objekt će biti uništen. Elektroni će biti otrgnuti od atoma, pa će se čak i protoni i neutroni u jezgri raspršiti u različitim smjerovima. Osim toga, da bi prodrla u drugi svemir, sonda bi morala putovati brže od brzine svjetlosti, a to je nemoguće. Stoga, iako je zrcalni univerzum matematički neophodan za razumijevanje Schwarzschildovog rješenja, on nikada neće biti fizički vidljiv.

Rice. 10.2. Ajnštajn-Rozenov most povezuje dva različita univerzuma. Ajnštajn je verovao da će svaka raketa koja završi na ovom mostu biti uništena, što znači da je komunikacija između ova dva univerzuma nemoguća. Ali kasniji proračuni su pokazali da je putovanje na platformi, iako izuzetno teško, ipak bilo moguće.

Kao rezultat toga, poznati Einstein-Rosen most koji povezuje dva svemira (most je nazvan po Einsteinu i njegovom koautoru Nathanu Rosenu) smatra se matematičkom neobičnošću. Ovaj most je neophodan da bi se dobila matematički konzistentna teorija crnih rupa, ali je nemoguće doći do zrcalnog svemira preko Einstein-Rosenovog mosta. Einstein-Rosen mostovi su se ubrzo pojavili u drugim rješenjima gravitacijskih jednačina, kao što je Reisner-Nordström rješenje za crnu rupu s električnim nabojem... Ipak, Einstein-Rosenov most je ostao zanimljiva, ali zaboravljena primjena u teoriji relativnosti. .

Situacija se počela mijenjati pojavom radova novozelandskog matematičara Roya Kerra, koji je 1963. godine pronašao još jedno tačno rješenje Ajnštajnovih jednačina. Kerr je vjerovao da svaka zvijezda u kolapsu rotira. Poput umjetničkog klizača koji se okreće čija se brzina povećava kako pritišće ruke bliže, zvijezda će se neizbježno okretati brže dok se sruši. Dakle, Schwarzschildovo stacionarno rješenje za crne rupe nije bilo fizički najrelevantnije rješenje za Ajnštajnove jednačine.

Kerovo predloženo rješenje postalo je senzacija u pitanjima relativnosti. Astrofizičar Subramanian Chandrasekhar je jednom rekao:

Najzapanjujući događaj u mom čitavom naučnom životu, odnosno više od četrdeset pet godina, bilo je shvatanje da tačno rešenje jednačina Ajnštajnove opšte teorije relativnosti, koje je otkrio novozelandski matematičar Roy Kerr, daje apsolutno tačan predstavljanje bezbrojnih masivnih crnih rupa koje ispunjavaju svemir. To “strahopoštovanje prema ljepoti”, ta nevjerovatna činjenica da je otkriće koje je dovelo do potrage za ljepotom u matematici našlo svoj tačan pandan u prirodi, uvjerava me da je ljepota nešto na što ljudski um reagira na najdubljem, najsmislenijem nivou.

Međutim, Kerr je otkrio da masivna rotirajuća zvijezda nije sabijena u tačku. Umjesto toga, rotirajuća zvijezda je spljoštena dok na kraju ne postane prsten sa izvanrednim svojstvima. Ako lansirate sondu u crnu rupu sa strane, ona će pogoditi ovaj prsten i biti potpuno uništena. Zakrivljenost prostor-vremena ostaje beskonačna ako se prstenu približite sa strane. Da tako kažem, centar je još uvijek okružen “prstenom smrti”. Ali ako lansirate svemirsku sondu u prsten odozgo ili odozdo, ona će morati da se nosi sa velikom, ali konačnom zakrivljenošću; drugim riječima, gravitacijska sila neće biti beskonačna.

Ovaj prilično neočekivani zaključak iz Kerrovog rješenja znači da bi svaka svemirska sonda lansirana u rotirajuću crnu rupu duž svoje ose rotacije mogla u principu preživjeti ogroman, ali konačan utjecaj gravitacijskih polja u centru i dovesti je sve do zrcalnog svemira, izbjegavanje razaranja pod utjecajem beskonačne zakrivljenosti. Ajnštajn-Rozenov most deluje kao tunel koji povezuje dva regiona prostor-vremena; ovo je “crvotočina” ili “krtinja rupa”. Dakle, Kerrova crna rupa je kapija u drugi univerzum.

Sada zamislite da naša raketa završi na Ajnštajn-Rozenovom mostu. Dok se približava crnoj rupi koja se vrti, ugleda zvijezdu koja se vrti u obliku prstena. Isprva se čini da katastrofalan sudar čeka raketu koja se sa sjevernog pola spušta prema crnoj rupi. Ali kako se približavamo prstenu, svjetlost iz ogledala svemira stiže do naših senzora. Budući da se svo elektromagnetno zračenje, uključujući radare, kreće u orbiti crne rupe, na našim radarskim ekranima se pojavljuju signali koji stalno prolaze oko crne rupe. Stvara se efekat koji podsjeća na zrcalu „komoru smijeha“, gdje nas zavaraju brojni odrazi sa svih strana. Svjetlost se odbija od više ogledala, stvarajući iluziju da je soba puna replika nas samih.

Isti efekat se primećuje i pri prolasku kroz crnu rupu, prema Kerru. Budući da isti snop svjetlosti kruži oko crne rupe mnogo puta, radar u našoj raketi detektira slike koje kruže oko crne rupe, stvarajući iluziju objekata koji zapravo nisu tamo.

Iz knjige Crne rupe i mladi svemiri autor Hawking Stephen William

8. Ajnštajnov san U prvim godinama 20. veka dve nove teorije potpuno su promenile naše razumevanje prostora i vremena, ali i same stvarnosti. Više od sedamdeset pet godina kasnije, još uvijek smo svjesni njihovog značenja i pokušavamo ih generalizirati u jednu teoriju koja će sve opisati

Iz knjige Otkrovenja Nikole Tesle od Tesla Nikole

Iz knjige Najnovija knjiga činjenica. Tom 3 [Fizika, hemija i tehnologija. Istorija i arheologija. razno] autor Kondrašov Anatolij Pavlovič

Iz knjige Pet neriješenih problema nauke autora Wigginsa Arthura

Iz knjige The Self-Aware Universe. Kako svijest stvara materijalni svijet od Amit Goswamija

Ajnštajnov kosmološki doprinos Prilozi koji su značajno doprineli teorijskom razumevanju prirode maglina došli su u astronomiju iz Švajcarske. Marcel Grossmann je bio jedan od diplomaca Švicarske Više tehničke škole (Polytechnic) u Cirihu. U njegovom

Iz knjige Živi kristal autor Geguzin Yakov Evseevich

Iz knjige Istorija lasera autor Bertolotti Mario

Iz knjige Ko je izumio modernu fiziku? Od Galileovog klatna do kvantne gravitacije autor Gorelik Genady Efimovich

EINSTEINOVE TEORIJE I DEBUY Otkriće Dulonga i Petita pokazalo se kao prva faza u skoro vekovnoj istoriji razjašnjavanja prirode toplotnog kapaciteta kristala. Sljedeće dvije etape povezuju se s imenima velikih fizičara 20. vijeka - Alberta Ajnštajna i Pitera Debaja. Njihova dostignuća se odnose na

Iz knjige Hyperspace od Kaku Michio

Ajnštajnov privatni život Nakon napornog rada prethodnih godina, 1917. godine Ajnštajn se teško razboleo. Njegova rođaka Elsa Ajnštajn, čiji je brak sa trgovcem po imenu Lowenthal završio razvodom, udvarala se Ajnštajnu i u junu 1919. Albert i Elza su se venčali. Elsa,

Iz knjige The King's New Mind [O kompjuterima, razmišljanju i zakonima fizike] od Penrosea Rogera

Bose-Einstein kondenzacija Bez sumnje, jedan od najimpresivnijih rezultata moderne fizike bio je eksperimentalni dokaz Bose-Einstein kondenzacije dobiven 1995. godine. Godine 1924. Ajnštajn je predvidio postojanje posebnog stanja materije u kojem

Iz knjige Povratak vremena [Od drevne kosmogonije do buduće kosmologije] od Smolin Lee

Poglavlje 7 Ajnštajnov prostor-vreme

Iz knjige Gravitacija [Od kristalnih sfera do crvotočina] autor Petrov Aleksandar Nikolajevič

6. Ajnštajnova osveta Supersimetrija je konačno rešenje za potpuno ujedinjenje svih čestica. Abdus Sadam Oživljavanje Kaluza-Klein teorije Ovaj problem je nazvan “najvećim naučnim problemom svih vremena”. U štampi se to zvalo sveti gral fizike, želja za ujedinjenjem

Iz knjige autora

3. Konstrukcija Ajnštajnovih jednačina Sada smo u mogućnosti da konstruišemo gravitacione jednačine u opštoj relativnosti. Kao što smo opisali u 6. poglavlju, početkom 20. vijeka postojalo se da je gravitacijska interakcija izražena u zakrivljenosti prostor-vremena. Istovremeno, prostor-vrijeme

Iz knjige autora

4. Rješavanje Ajnštajnovih jednačina Ali ako postoje jednačine, onda ih treba riješiti. Odnosno, pod ograničenjima i uslovima svakog konkretnog problema ili modela, potrebno je pronaći metričke koeficijente u svakoj tački prostor-vremena i na taj način odrediti njen geometrijski

Crvotočina je teoretski prolaz kroz prostor-vrijeme koji bi mogao značajno skratiti duga putovanja kroz svemir stvarajući prečice između odredišta. Postojanje crvotočina je predviđeno teorijom relativnosti. Ali uz praktičnost, mogu nositi i ekstremne opasnosti: opasnost od iznenadnog kolapsa, visokog zračenja i opasnih kontakata s egzotičnom materijom.

Teorija crvotočina ili "crvotočine"

Godine 1935., fizičari Albert Einstein i Nathan Rosen koristili su teoriju relativnosti da predlože postojanje “mostova” u prostor-vremenu. Ove staze, zvane Einstein-Rosen mostovi ili crvotočine, povezuju dvije različite točke u prostor-vremenu, teoretski stvarajući najkraće koridore koji smanjuju udaljenost i vrijeme putovanja.

Crvotočine imaju dva usta povezana zajedničkim vratom. Usta najvjerovatnije imaju sferni oblik. Vrat može biti ravan dio, ali se može i uvijati, postajući duži što je uobičajena ruta duža.

Ajnštajnova opšta teorija relativnosti matematički predviđa postojanje crvotočina, ali do danas nijedna nije otkrivena. Crvotočina negativne mase može se pratiti zbog efekta njene gravitacije na svjetlost koja prolazi.

Neka rješenja opšte teorije relativnosti dozvoljavaju postojanje „crvotočina“, čiji je svaki ulaz (usta) crna rupa. Međutim, prirodne crne rupe nastale kolapsom umiruće zvijezde same po sebi ne stvaraju crvotočinu.

Kroz crvotočinu

Naučna fantastika je prepuna priča o putovanju kroz crvotočine. Ali u stvarnosti, takvo putovanje je mnogo složenije, i to ne samo zato što prvo moramo otkriti takvu crvotočinu.

Prvi problem je veličina. Vjeruje se da reliktne crvotočine postoje na mikroskopskom nivou, prečnika oko 10-33 centimetra. Međutim, kako se svemir širi, moguće je da su neki od njih narasli do velikih veličina.

Drugi problem proizlazi iz stabilnosti. Tačnije, zbog njegovog odsustva. Crvotočine za koje je Einstein-Rosen predvidio da će biti beskorisne za putovanja jer se prebrzo urušavaju. Ali novija istraživanja su pokazala da crvotočine koje sadrže "egzotičnu materiju" mogu ostati otvorene i nepromijenjene duži vremenski period.

Egzotična materija, koju ne treba mešati sa tamnom materijom ili antimaterijom, ima negativnu gustinu i ogroman negativan pritisak. Takva materija se može otkriti samo u ponašanju određenih vakuumskih stanja u okviru kvantne teorije polja.

Ako crvotočine sadrže dovoljno egzotične materije, bilo prirodne ili dodane umjetno, onda bi se teoretski mogle koristiti kao način za prijenos informacija ili koridor kroz svemir.

Ne samo da crvotočine mogu povezati dva različita kraja istog univerzuma, već mogu povezati i dva različita univerzuma. Takođe, neki naučnici sugerišu da ako se jedan ulaz u crvotočinu pomeri na određeni način, to može biti korisno za putovanje kroz vreme . Međutim, njihovi protivnici, poput britanskog kosmologa Stephena Hawkinga, tvrde da takva upotreba nije moguća.

Dok dodavanje egzotične materije u crvotočinu može da je stabilizuje do te mere da ljudska vrsta može bezbedno da putuje kroz nju, još uvek postoji mogućnost da će dodavanje "obične" materije biti dovoljno da destabilizuje portal.

Trenutna tehnologija nije dovoljna za povećanje ili stabilizaciju crvotočina, čak i ako se pronađu u bliskoj budućnosti. Međutim, naučnici nastavljaju da istražuju ovaj koncept kao metod svemirskog putovanja sa nadom da će se tehnologija na kraju pojaviti i da će na kraju moći da koriste crvotočine.

Na osnovu materijala sa Space.com

Putovanje kroz vrijeme pomoću crvotočina Koncept vremeplova, koji se koristi u mnogim naučnofantastičnim djelima, obično dočarava slike nevjerovatne naprave. Ali prema opštoj teoriji...
Možemo li biti sigurni da putnici kroz vrijeme neće promijeniti našu prošlost? Obično uzimamo zdravo za gotovo da je naša prošlost utvrđena i nepromjenjiva činjenica. Istorija je onakva kakva je pamtimo....

Rupa od krtice. Šta je "krtica"?

Hipotetička "crvotočina", koja se također naziva "crvotočina" ili "crvotočina" (doslovni prijevod crvotočine), je vrsta prostorno-vremenskog tunela koji omogućava objektu da se kreće od tačke a do tačke b u svemiru, a ne u ravnu liniju, ali savijanjem oko prostora. Jednostavno rečeno, uzmite bilo koji komad papira, presavijte ga na pola i probušite, rezultirajuća rupa će biti upravo ta crvotočina

Dakle, postoji teorija da prostor u svemiru može biti uslovno isti list papira, pažnja, samo prilagođen za treću dimenziju. Razni naučnici pretpostavljaju da je zahvaljujući crvotočinama moguće putovanje u prostoru i vremenu. Ali u isto vrijeme, niko ne zna tačno kakve opasnosti mogu predstavljati crvotočine i šta bi zapravo moglo biti sa njihove druge strane.

Teorija crvotočina.
Godine 1935., fizičari Albert Einstein i Nathan Rosen, koristeći opću teoriju relativnosti, sugerirali su da postoje posebni "mostovi" kroz prostor i vrijeme u svemiru. Ove staze, zvane Einstein-Rosen mostovi (ili crvotočine), povezuju dvije potpuno različite tačke u prostor-vremenu tako što teoretski stvaraju zakrivljenost u prostoru koja skraćuje putovanje od jedne do druge tačke.

Opet, hipotetički, svaka crvotočina se sastoji od dva ulaza i vrata (tj. istog tunela. U ovom slučaju, najvjerovatnije, ulazi u crvotočinu imaju sferoidni oblik, a vrat može predstavljati ili ravan segment prostora ili spiralni.

Putovanje kroz crvotočinu.

Prvi problem koji stoji na putu mogućnosti takvog putovanja je veličina crvotočina. Vjeruje se da su prve crvotočine bile vrlo male, oko 10-33 centimetra, ali je zbog širenja svemira postalo moguće da su se i same crvotočine širile i rasle zajedno s njom. Još jedan problem sa crvotočinama je njihova stabilnost. Ili bolje rečeno, nestabilnost.

Objašnjeno Ajnštajn-Rozenovom teorijom, crvotočine bi bile beskorisne za putovanje prostor-vreme jer se vrlo brzo urušavaju, ali novija istraživanja ovih problema sugerišu prisustvo "egzotične materije" koja omogućava crvotočinama da zadrže svoju strukturu tokom dužeg perioda. vremena.

Pa ipak, teorijska nauka vjeruje da ako crvotočine sadrže dovoljnu količinu ove egzotične energije, koja se pojavila prirodno ili umjetno, tada bi bilo moguće prenositi informacije ili čak objekte kroz prostor-vrijeme.

Iste hipoteze sugeriraju da crvotočine mogu povezati ne samo dvije točke unutar jednog univerzuma, već i biti ulaz u druge. Neki naučnici vjeruju da će putovanje kroz vrijeme biti moguće ako pomjerite jedan ulaz u crvotočinu na određeni način. Ali, na primjer, poznati britanski kosmolog Stephen Hawking smatra da je takva upotreba crvotočina nemoguća.

Međutim, neki naučni umovi insistiraju na tome da ako je stabilizacija crvotočina egzotičnom materijom zaista moguća, onda će ljudi moći bezbedno da putuju kroz takve crvotočine. A zbog “obične” materije, po želji i potrebi, takvi portali se mogu destabilizirati nazad.

Prema teoriji relativnosti, ništa ne može putovati brže od svjetlosti. To znači da ništa ne može izaći iz ovog gravitacionog polja kada uđe u njega. Područje prostora iz koje nema izlaza naziva se crna rupa. Njegova granica je određena putanjom svjetlosnih zraka koji su prvi izgubili priliku da pobjegnu. To se zove horizont događaja crne rupe. Primjer: gledajući kroz prozor, ne vidimo ono što je izvan horizonta, a konvencionalni posmatrač ne može razumjeti šta se dešava unutar granica nevidljive mrtve zvijezde.

Fizičari su pronašli znakove postojanja drugog Univerzuma

Više detalja

Postoji pet vrsta crnih rupa, ali nas zanima crna rupa zvjezdane mase. Takvi objekti nastaju u završnoj fazi života nebeskog tijela. Općenito, smrt zvijezde može rezultirati sljedećim stvarima:

1. Pretvoriće se u vrlo gustu izumrlu zvijezdu, koja se sastoji od niza hemijskih elemenata – to je bijeli patuljak;

2. Neutronska zvijezda - ima približnu masu Sunca i radijus od oko 10-20 kilometara, iznutra se sastoji od neutrona i drugih čestica, a spolja je zatvorena u tanku ali tvrdu ljusku;

3. U crnu rupu, čija je gravitaciona privlačnost toliko jaka da može usisati objekte koji lete brzinom svjetlosti.

Kada se dogodi supernova, odnosno "ponovno rođenje" zvijezde, nastaje crna rupa, koja se može otkriti samo zbog emitovanog zračenja. Ona je ta koja je sposobna da stvori crvotočinu.

Ako zamislite crnu rupu kao lijevak, onda predmet koji u nju padne gubi horizont događaja i pada unutra. Pa gdje je crvotočina? Nalazi se u potpuno istom lijevku, pričvršćenom za tunel crne rupe, gdje su izlazi okrenuti prema van. Naučnici vjeruju da je drugi kraj crvotočine povezan s bijelom rupom (suprotno crnoj rupi, u koju ništa ne može pasti).

Rupa od krtice. Schwarzschild i Reisner-Nordström crne rupe

Schwarzschildova crna rupa se može smatrati neprobojnom crvotočinom. Što se tiče Reisner-Nordströmove crne rupe, njena struktura je nešto složenija, ali je i neprobojna. Međutim, izmišljanje i opisivanje četvorodimenzionalnih crvotočina u svemiru koje bi se mogle preći nije tako teško. Vi samo trebate odabrati željenu vrstu metrike. Metrički tenzor, ili metrika, je skup veličina pomoću kojih se mogu izračunati četverodimenzionalni intervali koji postoje između tačaka događaja. Ovaj skup veličina takođe u potpunosti karakteriše gravitaciono polje i geometriju prostor-vremena. Geometrijski prolazne crvotočine u svemiru čak su jednostavnije od crnih rupa. Oni nemaju horizonte koji s vremenom vode do kataklizmi. U različitim trenucima, vrijeme se može kretati različitim brzinama, ali ne bi trebalo da se zaustavlja ili ubrzava beskonačno.

Pulsari: The Beacon Factor

Pulsar je u suštini brzo rotirajuća neutronska zvijezda. Neutronska zvijezda je visoko zbijeno jezgro mrtve zvijezde preostalo od eksplozije supernove. Ova neutronska zvijezda ima snažno magnetno polje. Ovo magnetsko polje je oko trilion puta jače od magnetnog polja Zemlje. Magnetno polje uzrokuje da neutronska zvijezda emituje jake radio valove i radioaktivne čestice sa svog sjevernog i južnog pola. Ove čestice mogu uključivati različita zračenja, uključujući vidljivu svjetlost.

Pulsari koji emituju moćne gama zrake poznati su kao pulsari gama zraka. Ako neutronska zvijezda ima svoj pol okrenut prema Zemlji, tada možemo vidjeti radio valove svaki put kada nam jedan od polova dođe u vid. Ovaj efekat je vrlo sličan efektu svjetionika. Stacionarnom posmatraču se čini da svetlo rotirajućih farova neprestano treperi, zatim nestaje, pa se ponovo pojavljuje. Na isti način nam se čini da pulsar trepće dok rotira svoje polove u odnosu na Zemlju. Različiti pulsari emituju impulse različitim brzinama, ovisno o veličini i masi neutronske zvijezde. Ponekad pulsar može imati satelit. U nekim slučajevima može privući svog suputnika, što uzrokuje da se vrti još brže. Najbrži pulsari mogu emitovati više od stotinu impulsa u sekundi.

Hipotetička „crvotočina“, koja se još naziva i „crvotočina“ ili „crvotočina“ (doslovni prevod crvotočine), je vrsta prostorno-vremenskog tunela koji omogućava objektu da se kreće od tačke A do tačke B u Univerzumu, a ne u ravnu liniju, ali savijanjem oko prostora. Pojednostavljeno rečeno, uzmite bilo koji komad papira, presavijte ga na pola i probušite, rezultirajuća rupa će biti ta ista crvotočina. Dakle, postoji teorija da prostor u Univerzumu može biti uslovno isti list papira, samo prilagođen za treću dimenziju. Razni naučnici pretpostavljaju da je, zahvaljujući crvotočinama, moguće putovanje u prostor-vreme. Ali u isto vrijeme, niko ne zna tačno kakve opasnosti mogu predstavljati crvotočine i šta bi zapravo moglo biti sa njihove druge strane.

Teorija crvotočina

Godine 1935. fizičari Albert Einstein i Nathan Rosen, koristeći opću teoriju relativnosti, sugerirali su da u svemiru postoje posebni "mostovi" kroz prostor-vrijeme. Ove staze, zvane Einstein-Rosen mostovi (ili crvotočine), povezuju dvije potpuno različite točke u prostor-vremenu tako što teoretski stvaraju zakrivljenost u prostoru koja skraćuje putovanje od jedne do druge točke.

Opet, hipotetički, svaka crvotočina se sastoji od dva ulaza i vrata (tj. istog tunela). U ovom slučaju, najvjerovatnije, ulazi u crvotočinu su sferoidnog oblika, a vrat može predstavljati ili ravan segment prostora ili spiralni.

Opća teorija relativnosti matematički dokazuje mogućnost postojanja crvotočina, ali do sada nijednu od njih nisu otkrili ljudi. Poteškoća u otkrivanju je u tome što navodna ogromna masa crvotočina i gravitacijskih efekata jednostavno apsorbiraju svjetlost i sprječavaju njeno odbijanje.

Nekoliko hipoteza zasnovanih na općoj teoriji relativnosti sugerira postojanje crvotočina, gdje ulogu ulaza i izlaza igraju crne rupe. Ali vrijedi uzeti u obzir da sama pojava crnih rupa, nastala eksplozijom umirućih zvijezda, ni na koji način ne stvara crvotočinu.

Putovanje kroz crvotočinu

U naučnoj fantastici nije neuobičajeno da glavni likovi putuju kroz crvotočine. Ali u stvarnosti, takvo putovanje daleko od toga da je tako jednostavno kao što se prikazuje u filmovima i priča u naučnofantastičkoj literaturi.

Prvi problem koji stoji na putu mogućnosti takvog putovanja je veličina crvotočina. Vjeruje se da su prve crvotočine bile vrlo male, oko 10-33 centimetra, ali zbog širenja svemira postalo je moguće da su se i same crvotočine širile i rasle zajedno s njom. Još jedan problem sa crvotočinama je njihova stabilnost. Ili bolje rečeno, nestabilnost.

Crvotočine objašnjene Ajnštajn-Rozenovom teorijom bile bi beskorisne za putovanje prostor-vreme jer se vrlo brzo urušavaju (zatvaraju). Ali novija istraživanja ovih pitanja sugeriraju prisustvo "egzotične materije" koja omogućava jazbinama da zadrže svoju strukturu u dužem vremenskom periodu.

Ova egzotična materija, koju ne treba mešati sa crnom materijom i antimaterijom, sastoji se od energije negativne gustine i kolosalnog negativnog pritiska. Pominjanje takve materije ima samo u nekim teorijama vakuuma u okviru kvantne teorije polja.

Ipak, teorijska nauka vjeruje da ako crvotočine sadrže dovoljno ove egzotične energije, bilo prirodno ili umjetno stvorene, bilo bi moguće prenositi informacije ili čak objekte kroz prostor-vreme.

Nažalost, današnja ljudska tehnologija nije dovoljna da omogući umjetno povećanje i stabilizaciju crvotočina, u slučaju da budu otkrivene. Ali naučnici nastavljaju da istražuju koncepte i metode za brzo putovanje svemirom, i možda će jednog dana nauka doći do pravog rešenja.

Video Crvotočina: vrata do ogledala

Ljubitelji naučne fantastike nadaju se da će čovječanstvo jednog dana moći otputovati u daleke krajeve svemira kroz crvotočinu.

Crvotočina je teoretski tunel kroz prostor-vrijeme koji bi potencijalno mogao omogućiti brže putovanje između udaljenih tačaka u svemiru - od jedne galaksije do druge, na primjer, kao što je prikazano u filmu Interstellar Christophera Nolana, koji je pušten u kina širom svijeta ranije mjesec.

Dok Ajnštajnova teorija opšte relativnosti omogućava postojanje crvotočina, takva egzotična putovanja će verovatno ostati u domenu naučne fantastike, rekao je poznati astrofizičar Kip Thorne sa Kalifornijskog instituta za tehnologiju u Pasadeni, koji je bio savetnik i izvršni producent na " Međuzvezdano."

"Poenta je da mi jednostavno ne znamo ništa o njima", rekao je Thorne, koji je jedan od vodećih svjetskih stručnjaka za relativnost, crne rupe i crvotočine. "Ali postoje vrlo jake indicije da, prema zakonima fizike, ljudi neće moći putovati kroz njih."

"Glavni razlog je nestabilnost crvotočina", dodao je. "Zidovi crvotočina se urušavaju tako brzo da ništa ne može proći kroz njih."

Održavanje crvotočina otvorenim zahtijevat će korištenje nečeg antigravitacijskog, odnosno negativne energije. Negativna energija je stvorena u laboratoriji korištenjem kvantnih efekata: jedna regija prostora prima energiju druge regije, što stvara nedostatak.

"Dakle, teoretski je moguće", rekao je. "Ali nikada nećemo moći dobiti dovoljno negativne energije da održimo zidove crvotočine otvorenim."

Štoviše, crvotočine (ako uopće postoje) gotovo sigurno ne mogu nastati prirodno. Odnosno, oni moraju biti stvoreni uz pomoć razvijene civilizacije.

Upravo to se dogodilo u Interstellar-u: Misteriozna stvorenja su izgradila crvotočinu u blizini Saturna, dozvoljavajući maloj grupi pionira, predvođenih bivšim farmerom Cooperom (kojeg glumi Matthew McConaughey), da krenu u potragu za novim domom za čovječanstvo, koji postoji na Zemlji Prijeti globalni pad usjeva.

Oni koji su zainteresovani da saznaju više o nauci u filmu "Interstellar", koji istražuje pitanja gravitacionog usporavanja i prikazuje nekoliko vanzemaljskih planeta kako kruže u blizini, trebalo bi da pročitaju Thorneovu novu knjigu, koja se eksplicitno zove "Nauka o međuzvezdanom".

Gdje se nalazi crvotočina? Crvotočine u opštoj relativnosti

(GR) dozvoljava postojanje ovakvih tunela, iako je za postojanje prohodne crvotočine potrebno da ona bude ispunjena negativnom, što stvara snažno gravitaciono odbijanje i sprečava urušavanje jame. Rješenja kao što su crvotočine pojavljuju se u različitim varijantama, iako je to pitanje još uvijek jako daleko od potpunog istraživanja.

Područje blizu najužeg dijela krtičnjaka naziva se "grlo". Crvotočine se dijele na "unutar svemira" i "međusveseljene", ovisno o tome da li se njihovi ulazi mogu povezati krivuljom koja ne siječe vrat.

Ima i prohodnih i neprohodnih krtičnjaka. Potonji su oni tuneli koji su prebrzi da bi posmatrač ili signal (koji nema brzinu veću od svjetlosti) putovao od jednog ulaza do drugog. Klasičan primjer neprohodnog krtičnjaka je -in, a prohodnog -.

Crvotočina koja se može proći unutar svijeta pruža hipotetičku mogućnost ako se, na primjer, jedan od njegovih ulaza pomiče u odnosu na drugi, ili ako se nalazi na jakoj lokaciji gdje se protok vremena usporava. Također, crvotočine hipotetički mogu stvoriti priliku za međuzvjezdano putovanje, a u tom svojstvu se često nalaze crvotočine.

Svemirske crvotočine. Kroz crvotočine - do zvijezda?

Nažalost, još nema govora o praktičnoj upotrebi "crvotočina" za dostizanje udaljenih svemirskih objekata. Njihova svojstva, sorte i moguće lokacije još su poznati samo teoretski - iako je to, vidite, već dosta. Uostalom, imamo mnogo primjera kako su konstrukcije teoretičara koje su izgledale čisto spekulativne dovele do pojave novih tehnologija koje su radikalno promijenile život čovječanstva. Nuklearna energija, kompjuteri, mobilne komunikacije, genetski inženjering... i ko zna šta još?
U međuvremenu, o “crvotočinama” ili “crvotočinama” se zna sljedeće. Godine 1935. Albert Einstein i američko-izraelski fizičar Nathan Rosen sugerirali su postojanje neke vrste tunela koji povezuju različite udaljene regije svemira. U to vrijeme još se nisu zvali "crvotočine" ili "crvotočine", već jednostavno "Ajnštajn-Rozenovi mostovi". Budući da je pojava takvih mostova zahtijevala vrlo jaku zakrivljenost prostora, njihov vijek trajanja je bio vrlo kratak. Niko i ništa ne bi imao vremena da "pretrči" preko takvog mosta - pod uticajem gravitacije on bi se skoro odmah "srušio".
I stoga je ostala potpuno beskorisna u praktičnom smislu, iako zanimljiva posljedica opće teorije relativnosti.
Međutim, kasnije su se pojavile ideje da bi neki međudimenzionalni tuneli mogli postojati prilično dugo - pod uslovom da su ispunjeni nekom vrstom egzotične materije sa negativnom gustoćom energije. Takva materija će umjesto privlačenja stvoriti gravitacijsko odbijanje i time spriječiti „urušavanje“ kanala. Tada se pojavio naziv "crvotočina". Inače, naši naučnici preferiraju naziv "krtica" ili "crvotočina": značenje je isto, ali zvuči mnogo prijatnije...
Američki fizičar John Archibald Wheeler (1911-2008), razvijajući teoriju „crvotočina“, sugerirao je da su one prožete električnim poljem; Štaviše, sami električni naboji su, u stvari, vratovi mikroskopskih „crvotočina“. Ruski astrofizičar akademik Nikolaj Semjonovič Kardašev smatra da "crvotočine" mogu dostići gigantske veličine i da u centru naše Galaksije ne postoje masivne crne rupe, već usta takvih "rupa".
Od praktičnog interesa budućim svemirskim putnicima bit će „crvotočine“, koje se prilično dugo drže u stabilnom stanju, a pogodne su i za prolazak svemirskih brodova kroz njih.
Amerikanci Kip Thorne i Michael Morris stvorili su teorijski model takvih kanala. Međutim, njihovu stabilnost osigurava “egzotična materija”, o kojoj se zapravo ništa ne zna i u koju je, možda, bolje da se ne miješa ni zemaljska tehnologija.
No, ruski teoretičari Sergej Krasnikov iz Pulkovske opservatorije i Sergej Suškov sa Kazanskog federalnog univerziteta iznijeli su ideju da se stabilnost crvotočine može postići bez ikakve negativne gustine energije, već jednostavno zbog polarizacije vakuuma u „rupi“ (tzv. Suškov mehanizam).
Općenito, sada postoji čitav niz teorija o „crvotočinama“ (ili, ako želite, „crvotočinama“). Vrlo opšta i spekulativna klasifikacija ih dijeli na "prohodne" - stabilne, Morris-Thorne crvotočine i neprohodne - Einstein-Rosen mostove. Osim toga, crvotočine variraju u razmjeru - od mikroskopskih do gigantskih, uporedivih po veličini s galaktičkim "crnim rupama". I, konačno, prema njihovoj namjeni: „intra-univerzum“, koji povezuje različita mjesta istog zakrivljenog Univerzuma, i „inter-univerzum“, koji omogućava da se uđe u drugi prostorno-vremenski kontinuum.

Zakrivljena je, a gravitacija, koja je svima nama poznata, je manifestacija ovog svojstva. Materija se savija, „savija“ prostor oko sebe, i što je gušća, to se više savija. Prostor, prostor i vrijeme su vrlo zanimljive teme. Nakon što pročitate ovaj članak, vjerovatno ćete naučiti nešto novo o njima.

Ideja zakrivljenosti

Mnoge druge teorije gravitacije, kojih danas postoje stotine, razlikuju se u pojedinostima od opšte teorije relativnosti. Međutim, sve ove astronomske hipoteze zadržavaju glavnu stvar - ideju zakrivljenosti. Ako je prostor zakrivljen, onda možemo pretpostaviti da bi mogao poprimiti, na primjer, oblik cijevi koja povezuje regije koje su razdvojene mnogo svjetlosnih godina. A možda čak i ere koje su daleko jedna od druge. Na kraju krajeva, ne govorimo o prostoru koji nam je poznat, već o prostoru-vremenu kada razmatramo prostor. Rupa u njemu može se pojaviti samo pod određenim uslovima. Pozivamo vas da pobliže pogledate tako zanimljiv fenomen kao što su crvotočine.

Prve ideje o crvotočinama

Duboki svemir i njegove misterije mame. Misli o zakrivljenosti pojavile su se odmah nakon što je objavljena Opća relativnost. L. Flamm, austrijski fizičar, već je 1916. godine rekao da prostorna geometrija može postojati u obliku svojevrsne rupe koja spaja dva svijeta. Matematičari N. Rosen i A. Ajnštajn su 1935. godine primetili da najjednostavnija rešenja jednačina u okviru opšte teorije relativnosti, koja opisuju izolovane električno naelektrisane ili neutralne izvore, stvaraju prostornu „most“ strukturu. Odnosno, povezuju dva univerzuma, dva skoro ravna i identična prostor-vremena.

Kasnije su se ove prostorne strukture počele nazivati "crvotočine", što je prilično labav prijevod riječi crvotočina s engleskog. Bliži prijevod je "crvotočina" (u svemiru). Rosen i Ajnštajn nisu isključili čak ni mogućnost upotrebe ovih „mostova“ za opisivanje elementarnih čestica uz njihovu pomoć. Zaista, u ovom slučaju čestica je čisto prostorna formacija. Posljedično, neće biti potrebe za posebnim modeliranjem izvora naboja ili mase. A udaljeni spoljni posmatrač, ako crvotočina ima mikroskopske dimenzije, vidi samo tačkasti izvor sa nabojem i masom kada se nalazi u jednom od ovih prostora.

"Mostovi" Einstein-Rosena

S jedne strane, električni vodovi ulaze u rupu, a s druge izlaze, ne završavajući i nigdje ne počinjujući. J. Wheeler, američki fizičar, rekao je ovom prilikom da je rezultat “naboj bez naboja” i “masa bez mase”. U ovom slučaju uopće nije potrebno smatrati da most služi za povezivanje dva različita svemira. Ništa manje prikladna bi bila pretpostavka da se oba „usta“ crvotočine otvaraju u isti univerzum, ali u različito vrijeme i na različitim tačkama. Ispada nešto što nalikuje šupljoj "ručici" ako se prišije u gotovo ravan poznati svijet. Linije sile ulaze u usta, što se može shvatiti kao negativni naboj (recimo, elektron). Usta iz kojih izlaze imaju pozitivan naboj (pozitron). Što se tiče masa, one će biti iste na obje strane.

Uslovi za formiranje Einstein-Rosenovih mostova

Ova slika, uz svu svoju privlačnost, nije postala široko rasprostranjena u fizici elementarnih čestica iz mnogo razloga. Nije lako pripisati kvantna svojstva Einstein-Rosenovim „mostovima“, koji se ne mogu izbjeći u mikrosvijetu. Takav "most" se uopće ne formira s poznatim vrijednostima naboja i masa čestica (protona ili elektrona). Umjesto toga, "električno" rješenje predviđa "goli" singularitet, to jest tačku u kojoj su električno polje i zakrivljenost prostora beskonačni. U takvim tačkama koncept prostor-vremena, čak iu slučaju zakrivljenosti, gubi smisao, jer je nemoguće riješiti jednačine koje imaju beskonačan broj članova.

Kada opšta teorija relativnosti ne radi?

Sama opšta teorija relativnosti definitivno navodi kada tačno prestaje da funkcioniše. Na vratu, na najužem mjestu "mosta", postoji povreda glatkoće veze. I treba reći da je prilično netrivijalan. Sa pozicije udaljenog posmatrača vreme se zaustavlja na ovom vratu. Ono što su Rosen i Ajnštajn mislili da je grlo sada se definiše kao horizont događaja crne rupe (nabijene ili neutralne). Zrake ili čestice sa različitih strana "mosta" padaju na različite "sekcije" horizonta. A između njegovog lijevog i desnog dijela, relativno govoreći, postoji nestatična oblast. Da bi se prešlo područje, ne može se ne savladati.

Nemogućnost prolaska kroz crnu rupu

Čini se da se svemirski brod koji se približava horizontu relativno velike crne rupe zauvijek zamrznuo. Signali sa njega stižu sve rjeđe... Naprotiv, horizont prema brodskom satu stiže se u konačnom vremenu. Kada ga brod (snop svjetlosti ili čestica) prođe, uskoro će udariti u singularitet. Ovo je mjesto gdje zakrivljenost postaje beskonačna. U singularitetu (dok mu se još približava), produženo tijelo će neizbježno biti rastrgano i zgnječeno. Ovo je realnost crne rupe.

Dalja istraživanja

Godine 1916-17 dobijena su Reisner-Nordströmova i Schwarzschild rješenja. Oni opisuju sferno simetrične električno nabijene i neutralne crne rupe. Međutim, fizičari su mogli u potpunosti razumjeti složenu geometriju ovih prostora tek na prijelazu iz 1950-ih u 60-e. Tada je D. A. Wheeler, poznat po svom radu u teoriji gravitacije i nuklearnoj fizici, skovao termine "crvotočina" i "crna rupa". Ispostavilo se da u prostorima Reisner-Nordström i Schwarzschild zaista postoje crvotočine u svemiru. One su potpuno nevidljive udaljenom posmatraču, baš kao crne rupe. I, poput njih, crvotočine u svemiru su vječne. Ali ako putnik prodre kroz horizont, oni se urušavaju tako brzo da ni zrak svjetlosti ni masivna čestica, a kamoli brod, ne mogu proletjeti kroz njih. Da biste odletjeli u druga usta, zaobilazeći singularnost, morate se kretati brže od svjetlosti. Trenutno, fizičari vjeruju da su supernove brzine kretanja energije i materije u osnovi nemoguće.

Schwarzschild i Reisner-Nordström

Dva pravca istraživanja crvotočina

Priroda je postavila barijeru za nastanak krtica. Međutim, osoba je dizajnirana tako da ako postoji prepreka, uvijek će biti onih koji žele da je savladaju. I naučnici nisu izuzetak. Radovi teoretičara koji proučavaju crvotočine mogu se uvjetno podijeliti u dva pravca, međusobno komplementarna. Prvi se bavi njihovim posljedicama, uz pretpostavku unaprijed da crvotočine zaista postoje. Predstavnici drugog pravca pokušavaju shvatiti od čega i kako se mogu pojaviti, koji su uvjeti potrebni za njihovu pojavu. U ovom pravcu ima više radova nego u prvom i možda su zanimljiviji. Ovaj smjer uključuje potragu za modelima crvotočina, kao i proučavanje njihovih svojstava.

Dostignuća ruskih fizičara

Kako se pokazalo, svojstva materije, koja je materijal za izgradnju crvotočina, mogu se ostvariti zahvaljujući polarizaciji vakuuma kvantnih polja. Ruski fizičari Sergej Suškov i Arkadij Popov, zajedno sa španskim istraživačem Davidom Hohbergom, kao i Sergej Krasnikov, nedavno su došli do ovog zaključka. Vakum u ovom slučaju nije praznina. Ovo je kvantno stanje koje karakteriše najniža energija, odnosno polje u kojem nema pravih čestica. U ovom polju stalno se pojavljuju parovi „virtuelnih“ čestica, koji nestaju prije nego što ih instrumenti detektiraju, ali ostavljaju svoj trag u obliku tenzora energije, odnosno momenta koji karakteriziraju neobična svojstva. Uprkos činjenici da se kvantna svojstva materije uglavnom manifestuju u mikrokozmosu, crvotočine koje stvaraju mogu, pod određenim uslovima, dostići značajne veličine. Jedan od Krasnikovih članaka, inače, zove se „Prijetnja crvotočina“.

Pitanje filozofije

Ako se crvotočine ikada izgrade ili otkriju, polje filozofije povezano s tumačenjem nauke suočit će se s novim izazovima i, mora se reći, vrlo teškim. Uprkos naizgled apsurdnosti vremenskih petlji i trnovitih pitanja oko uzročnosti, ova oblast nauke će to verovatno jednog dana shvatiti. Baš kao što su se bavili problemima kvantne mehanike i stvorenog Kosmosa, prostora i vremena – sva su ta pitanja zanimala ljude u svim vekovima i, po svemu sudeći, uvek će nas zanimati. Teško ih je moguće u potpunosti poznavati. Malo je vjerovatno da će istraživanje svemira ikada biti završeno.

Instinkt nam govori da je naš svijet trodimenzionalan. Na osnovu ove ideje vekovima su se gradile naučne hipoteze. Prema eminentnom fizičaru Michio Kakuu, ovo je ista predrasuda kao vjerovanje starih Egipćana da je Zemlja ravna. Knjiga je posvećena teoriji hiperprostora. Ideja o multidimenzionalnosti prostora izazvala je skepticizam i bila je ismijavana, ali je sada prepoznaju mnogi autoritativni znanstvenici. Značaj ove teorije je u tome što je u stanju da spoji sve poznate fizičke pojave u jednostavnu konstrukciju i dovede naučnike do takozvane teorije svega. Međutim, ozbiljne i pristupačne literature za nespecijaliste gotovo da i nema. Ovu prazninu popunjava Michio Kaku, objašnjavajući sa naučne tačke gledišta nastanak Zemlje, postojanje paralelnih univerzuma, putovanja kroz vrijeme i mnoge druge naizgled fantastične fenomene.

<<< Назад

Naprijed >>>