ЧЕРВОТОЧИНА: ІСТОРІЯ, ТЕОРІЯ, ТИПИ, УТВОРЕННЯ - АРТЕ - 2025

Червоточини , в астрофізиці і космології, є канал , який з'єднує дві точки в тканини простору-часу. Так само, як падаюче яблуко надихнуло теорію гравітації Ісаака Ньютона в 1687 році, черв'яки, які пронизують яблука, надихнули нових теорій, також в рамках гравітації.

Так само, як черв'як вдається досягти ще однієї точки на поверхні яблука через тунель, просторово-часові прорізи складають теоретичні ярлики, які дозволяють йому за менший час подорожувати до віддалених частин Всесвіту.

Космічний час-червоточина: художнє бачення. Джерело: Pixabay.

Це ідея, яка захопила і продовжує захоплювати уяву багатьох. Тим часом космологи зайняті пошуками способів довести його існування. Але на даний момент вони все ще є предметом спекуляцій.

Щоб трохи наблизитись до розуміння червоточин, можливості подорожі часом через них та відмінностей, які існують між червоточинами та чорними дірами, ми повинні подивитися на поняття простір-час.

Що таке космічний час?

Поняття простір-час тісно пов'язане з поняттям червоточини. Ось чому потрібно спочатку встановити, що це таке і яка його основна характеристика.

Космічний час - це місце, де відбувається кожна подія у Всесвіті. А всесвіт у свою чергу - це сукупність простору-часу, здатна вмістити всі форми матерії-енергії та багато іншого …

Коли наречений зустрічає наречену, це подія, але ця подія має просторові координати: місце зустрічі. І координата часу: рік, місяць, день та час зустрічі.

Народження зірки або вибух наднової - це також події, що відбуваються в просторі-часі.

Зараз у регіоні Всесвіту, вільному від маси та взаємодій, космічний час рівний. Це означає, що два світлові промені, які починаються паралельно, тривають так, доки вони залишаються в цьому регіоні. До речі, для променя світлого часу вічне.

Звичайно, простір-час не завжди є рівним. Всесвіт містить об'єкти, які мають масу, що змінюють простір-час, викликаючи кривизну простору-часу в універсальному масштабі.

Саме Альберт Ейнштейн в момент натхнення зрозумів, що він називає "найщасливішою ідеєю мого життя", що прискорений спостерігач локально не відрізняється від того, який близький до масивного об'єкта. Це відомий принцип еквівалентності.

І прискорений спостерігач вигинає простір-час, тобто євклідова геометрія вже не діє. Тому в оточенні масивного об'єкта, такого як зірка, планета, галактика, чорна діра або сама Всесвіт, прогин простору-часу.

Ця кривизна сприймається людьми як сила, яка називається гравітацією, повсякденною, але загадковою водночас.

Гравітація така ж загадкова, як і сила, яка тягне нас вперед, коли автобус, в якому ми мандруємо, різко гальмує. Це так, ніби раптом щось невидиме, темне і масивне, на кілька моментів висувається вперед і притягує нас, раптом просуваючи нас вперед.

Планети рухаються еліптично навколо Сонця, тому що його маса створює депресію в просторі-часі, що спричиняє криви планети своїх траєкторій. Світловий промінь також кривить свій шлях слідом за депресією простору та часу, що створюється Сонцем.

Тунелі через простір - час

Якщо простір-час - це вигнута поверхня, в принципі ніщо не заважає одній ділянці з'єднуватися з іншою через тунель. Подорож через такий тунель не лише передбачає зміну місць, але й пропонує можливість поїхати в інший час.

Ця ідея надихнула багатьох науково-фантастичних книг, серіалів та фільмів, зокрема відомий американський серіал 1960-х років "Тунель часу" та нещодавно "Глибокий космос 9" з франшизи "Зоряний шлях" та фільму "Інтерстелляр" 2014 року.

Ідея виникла від самого Ейнштейна, який, шукаючи рішення для польових рівнянь загальної відносності, знайшов разом з Натаном Розеном теоретичне рішення, яке дозволило з'єднати дві різні області простору-часу через тунель, який функціонував як ярлик.

Це рішення відоме як міст Ейнштейна - Розен і з'являється у творі, опублікованому в 1935 році.

Однак термін "червоточина" вперше був використаний у 1957 році завдяки фізикам-теоретикам Джону Уілеру та Чарльзу Міснеру у публікації того ж року. Раніше про «одновимірні трубки» говорили, що стосуються тієї самої ідеї.

Пізніше в 1980 році Карл Саган написав науково-фантастичний роман «Контакт», книгу, яку згодом перетворили на фільм. Головний герой на ім'я Еллі відкриває розумне позаземне життя за 25 тисяч світлових років. Карл Саган хотів, щоб Еллі поїхала туди, але таким чином, який був науково достовірним.

Подорожувати на відстані 25 тис. Світлових років - це непросте завдання для людини, якщо не буде запропоновано ярлик. Чорна діра не може бути рішенням, оскільки, наближаючись до сингулярності, диференціальна гравітація розірве космічний корабель та його екіпаж.

У пошуках інших можливостей Карл Саган консультувався з одним з провідних експертів з чорних дір того часу: Кіпом Торном, який почав замислюватися над цим питанням і зрозумів, що мости Ейнштейна-Розена або червоточини Рішенням були Уїлер.

Однак Торн також зрозумів, що математичне рішення нестабільне, тобто тунель відкривається, але незабаром після цього задушиться і зникне.

Нестабільність червоточин

Чи можливо за допомогою черв'якових прорізів подорожувати великі відстані в просторі та часі?

З часу їх винайдення черв'якові отвори служили у численних сюжетах фантастики, щоб відвезти своїх головних героїв у віддалені місця та випробувати парадокси нелінійного часу.

Кіп Торн знайшов два можливі рішення проблеми нестабільності червоточини:

• Через так звану квантову піну. За шкалою Планка (10 ^-35 м) спостерігаються квантові коливання, здатні з'єднувати дві області простору-часу через мікротони. Гіпотетична дуже розвинена цивілізація могла б знайти спосіб розширити проходи і утримати їх досить довго, щоб людина пройшла.
• Негативна масова матерія. Згідно з розрахунками, опублікованими в 1990 році самим Торном, величезна кількість цієї чужорідної речовини знадобиться для того, щоб залишити кінці червотокової відкритості.

Примітним у цьому останньому рішенні є те, що на відміну від чорних дір, немає особливості чи квантових явищ, і проходження людей через цей тип тунелю було б здійсненним.

Таким чином червоточини не лише дозволять з'єднати віддалені регіони в просторі, але й розділити їх у часі. Тому вони - машини для подорожі в часі.

Стівен Хокінг, великий референт космології наприкінці XX століття, не вірив, що червоточини або машини часу можливі через безліч парадоксів та суперечностей, що виникають із них.

Це не пригнічувало духів інших дослідників, які припустили можливість, що дві чорні діри в різних областях простору-часу внутрішньо пов'язані червотоковою дірою.

Хоча це не буде практичним для подорожей у просторі-часі, оскільки, крім негараздів, які принесуть особливість чорної діри, не було б можливості вийти на інший кінець, оскільки це ще одна чорна діра.

Відмінності між чорними дірами і червоточинами

Коли ви говорите про червоточину, ви також відразу думаєте про чорні діри.

Чорна діра утворюється природним шляхом, після еволюції та смерті зірки, яка має певну критичну масу.

Вона виникає після того, як зірка вичерпує своє ядерне паливо і починає незворотно стискатися через власну гравітаційну силу. Він триває невблаганно, поки не спричинить такий колапс, що нічого ближчого, ніж радіус горизонту події, не вдається вийти, навіть світла.

Для порівняння, глистогінний отвір - рідкісне явище, наслідок гіпотетичної аномалії кривизни простору-часу. Теоретично можна пройти через них.

Однак, якби хтось намагався пройти через чорну діру, інтенсивна сила тяжіння та екстремальне випромінювання в безпосередній близькості від сингулярності перетворили б її в тонку нитку субатомних частинок.

Існують непрямі і лише зовсім недавно прямі докази існування чорних дір. Серед цих доказів є випромінювання та виявлення гравітаційних хвиль шляхом залучення та обертання двох колосальних чорних дір, виявлених обсерваторією гравітаційної хвилі LIGO.

Є дані, що надмірна масивна чорна діра існує в центрі великих галактик, як наш Чумацький Шлях.

Швидке обертання зірок поблизу центру, а також величезна кількість високочастотного випромінювання, яке виходить звідти, є опосередкованим свідченням того, що існує величезна чорна діра, яка пояснює наявність цих явищ.

Щойно 10 квітня 2019 року світу було показано першу фотографію надмасивної чорної діри (у 7 мільярдів разів більше маси Сонця), розташованої у дуже далекій галактиці: Мессьє 87 у сузір'ї Діви, 55 мільйонів світлових років від Землі.

Ця фотографія чорної діри стала можливою завдяки всесвітній мережі телескопів, що отримала назву «Телескоп горизонтальних подій», за участю понад 200 вчених з усього світу.

З іншого боку, на сьогодні не існує жодних доказів про глибоких отворах. Вченим вдалося виявити і відстежити чорну діру, однак те ж саме з червоточинами не вдалося.

Тому вони є гіпотетичними об'єктами, хоча теоретично здійсненними, як колись були і чорні діри.

Різноманітність / види червоточин

Хоча вони ще не були виявлені, або, можливо, саме через це, були уявлені різні можливості для червоточин. Вони всі теоретично здійсненні, оскільки задовольняють рівняння Ейнштейна для загальної відносності. Ось декілька:

• Червоточини, які з'єднують два просторово-часові області одного і того ж Всесвіту.
• Червоточини, здатні з'єднати один Всесвіт з іншим Всесвітом.
• Ейнштейн-Розен мости, в яких матерія могла переходити від одного отвору до іншого. Хоча цей прохід матерії спричинив би нестабільність, спричинивши руйнування тунелю на собі.
• Червоточина Кіпа Торна, зі сферичною оболонкою з негативної маси речовини. Він стійкий і прохідний в обох напрямках.
• Так звана червоточина Schwarzschild, що складається з двох з'єднаних статичних чорних дірок. Вони не проходять, оскільки матерія і світло потрапляють між обома крайнощами.
• Завантажені та / або обертові черрові отвори Керра, що складаються з двох внутрішньо з'єднаних динамічних чорних дірок, що проходять лише в одному напрямку.
• Квантова піна простору-часу, існування якої теоретизується на субатомному рівні. Пінопласт складається з дуже нестабільних субатомних тунелів, що з'єднують різні зони. Для їх стабілізації та розширення знадобиться створення плазми кварково-глюонової плазми, яка потребує майже нескінченної кількості енергії.
• Зовсім недавно, завдяки теорії струн, теоретизовані червоточини, підтримувані космічними струнами.
• Переплетені, а потім відокремлені чорні діри, з яких виникає простір-час, або міст Ейнштейна-Розена, який тримається разом гравітацією. Це теоретичне рішення, яке запропонували у вересні 2013 року фізики Хуан Мальдасена та Леонард Сускінд.

Всі вони цілком можливі, оскільки не суперечать рівнянням Ейнштейна загальної відносності.

Чи будуть колись бачити червоточини?

Тривалий час чорні діри були теоретичними рішеннями рівнянь Ейнштейна. Сам Ейнштейн ставив під сумнів можливість того, що їх коли-небудь може виявити людство.

Альберт Ейнштейн (1879-1955), автор теорії відносності. Джерело: Pixabay.

Так тривалий час чорні діри залишалися теоретичним передбаченням, поки їх не знайшли та не знайшли. Вчені мають таку саму надію на червоточину.

Цілком можливо, що вони теж є, але ви ще не навчились їх знаходити. Хоча згідно з недавньою публікацією, червоточини залишать сліди та тіні, які можна спостерігати навіть телескопами.

Вважається, що фотони подорожують навколо червотокової порожнини, створюючи світле кільце. Найближчі фотони потрапляють всередину і залишають після себе тінь, яка дозволить їх відрізняти від чорних дір.

За словами Раджибула Шейха, фізика Татського інституту фундаментальних досліджень у Мумбаї, Індія, тип обертової червоточини створив би більшу і викривлену тінь, ніж чорна діра.

У своїй роботі Шайх вивчав теоретичні тіні, викинуті певним класом прядильних червоточин, акцентуючи увагу на вирішальній ролі горла отвору у формуванні фотонної тіні, що дозволяє її ідентифікувати та диференціювати від чорної діри.

Шейх також проаналізував залежність тіні від спіна червоточини і також порівняв її з тінню, яку кидав чорний дір Керра, виявивши значні відмінності. Це повністю теоретична робота.

Крім того, на даний момент червоточини залишаються математичними абстракціями, але можливо, що деякі будуть помічені дуже скоро. Те, що знаходиться в іншій крайності, наразі є предметом гіпотез.

Список літератури

1. Квантове заплутування може призвести до тяжкості. Взято з Cienciaaldia.com
2. Хід фізики, Том 61, Випуск Вересень 2013 Сторінки 781-811
3. Червоточина. Взято з wikipedia.org
4. Космічний час. Взято з wikipedia.org.
5. Девід Нілд (2018). Божевільна нова папір пропонує тіні для лиття черв'яків, які ми могли легко побачити за допомогою телескопів. Взято з sciencealert.com