Что такое червоточины? (Кротовая нора)
Многие ученые и астрономы считают, что червоточины реальны. Многие вещи в астрофизике и теоретической физике никогда не были открыты, но, как говорится, «математика работает», что означает, что они возможны. Считается, что если червоточины действительно существуют, то они являются результатом первобытной микроскопической червоточины, которая была расширена в начале Вселенной, непосредственно после Большого взрыва.
Популярная фантастика и Голливуд, кажется, одержимы пространством и временем. От недавних громких блокбастеров, таких, как «Интерстеллар» и «Марсианин», до недавней волны невероятных открытий в нашей галактике и за ее пределами, все взоры, кажется, обращены к огромному океану космоса. Хотя наши поиски понимания космоса никогда не будут завершены, есть несколько загадочных предположений, которые вызывали у нас интерес на протяжении всей истории. Один из самых известных примеров — идея червоточин.
Некоторые люди называют их кратчайшими путями во вселенной, в то время как другие утверждают, что они могут быть средством путешествия во времени. Дело в том, что они увлекательны, сложны и очень запутанны для некоторых людей, даже если они видели «Интерстеллар».
Наука о червоточине
Не вдаваясь слишком далеко в глубины теории общей относительности и чрезвычайно высокого уровня астрофизики, попробуем разобраться в червоточине в ее самом базовом виде — мосте. На самом деле червоточины более технически называют мостами Эйнштейна-Розена, так как они были впервые предложены Альбертом Эйнштейном и Натаном Розеном в 1935 году. Считается, что эти мосты через пространство-время возможны благодаря эффекту изгиба, который все массивные объекты оказывают на пространство-время.
Предложение заключается в том, что два огромных массивных объекта (рты) могут изгибать пространство-время до такой точки, что они соединятся друг с другом через мост (горло). В теории это, конечно, значительно сократило бы время путешествия между этими двумя точками во вселенной, которые могли бы находиться на расстоянии миллиардов световых лет или всего лишь нескольких метрах. Другое, ещё более исключительное объяснение, заключается в том, что червоточины могут не только соединить два отдалённых места в нашей нынешней вселенной, но и фактически связывать другие вселенные!
Это горло может быть прямым маршрутом, или изогнутым путем, который пересекает более высокое измерение с очень далекой «другой стороной». Изогнутая двухмерная плоскость обычно является лучшим способом представить себе этот сценарий. Когда два объекта со значительной массой изгибают эту плоскость по направлению к противоположной стороне, теоретически может быть выполнено соединение. Мы говорим «теоретически», потому что, несмотря на то, что червоточины вписываются в принципы общей относительности, никакой червоточины пока не обнаружено.
Теперь вы можете подумать: «Если мы никогда не находили их, то откуда нам знать, что они существуют?». Ну, это хорошая мысль. Многие вещи в астрофизике и теоретической физике никогда не были открыты, но, как говорится, «математика работает», что означает, что они возможны. Считается, что если червоточины действительно существуют, то они являются результатом первобытной микроскопической червоточины, которая была расширена в начале Вселенной, непосредственно после Большого Взрыва.
Итак, исходя из предположения, что кротовые норы могут существовать и существуют, вопрос, который волнует всех: когда мы можем начать их использовать? Что ж, своеобразная и экзотическая природа червоточин делает идею их использования очень далекой в будущем. Существует ряд основных проблем с поиском, использованием или даже эксплуатацией червоточин.
Проблема с червоточинами
Одна из самых популярных теорий образования червоточин основана на том факте, что червоточина может образовываться с двумя черными дырами в качестве «устьев» червоточины и неизвестными центрами этих черных дыр и, возможно, их особенностями, образующими горло. Проблема с этим предположением, конечно, заключается в кажущейся невозможности когда-либо изучить внутреннюю часть этой червоточины или когда-либо увидеть противоположную сторону, поскольку ничто не может избежать притяжения гравитации внутри черной дыры — даже сам свет.
Мосты Эйнштейна-Розена представляют собой реальную проблему, потому что они разрушаются и исчезают чрезвычайно быстро, поэтому их практически невозможно обнаружить, идентифицировать и изучить. Кроме того, некоторые теоретики утверждают, что червоточины могут происходить на микроскопическом уровне, проскальзывая и исчезая на квантовом уровне существования, который мы в настоящее время не можем наблюдать.
При этом всякий раз, когда возникает проблема или препятствие в теоретической физике, кто-то придумывает решение. Если первичной проблемой с изучением и использованием червоточин является их размер и короткая продолжительность, если эта проблема может быть противопоставлена, то прогресс может быть достигнут. Имея это в виду, существует теория, согласно которой «экзотическая материя» могла бы стабилизировать червоточину, чтобы ее можно было использовать в течение более длительного периода времени и обеспечить большую стабильность.
Экзотическая материя — это не то же самое, что темная материя, но она содержит огромное количество отрицательного давления и отрицательной плотности энергии. Этот тип материи можно было наблюдать только в ограниченных экспериментах в вакуумном состоянии, но если его естественным или искусственным образом добавить в червоточину, то теоретически можно было бы сделать червоточину шире — и даже держать ее открытой — для того, чтобы через нее можно было отправлять космических путешественников или оборудование.
Кроме того, предсказывается, что во «рту» будет огромное количество радиации и сингулярность определённых червоточин, которые мгновенно окажутся смертельными и уничтожат всё, что приблизится к нему. Интенсивные гравитационные силы также, скорее всего, разорвут на куски любой корабль или человека, прежде чем они смогут пройти через червоточину. Если черная дыра может разорвать звезду, представить невозможно, что она может сделать с человеком.
Существуют ли разные типы червоточин?
Существует множество различных типов червоточин, некоторые из которых мы хотели бы использовать как люди, а другие означали бы верную смерть. Наверное, важно знать разницу.
Проходимые червоточины: это тип червоточины, в которой люди могут путешествовать через мост пространства-времени несколько раз в обоих направлениях, не нанося никакого вреда. Для того чтобы этот тип червоточины оставался стабильным и открытым, потребуется экзотическая материя, поскольку экзотическая материя будет сопротивляться естественной тенденции червоточины мгновенно сжиматься.
Червоточины Шварцшильда: их можно пройти только в одном направлении, и они являются примером моста Эйнштейна-Розена. После уплотнения до невероятной и конечной плотности в сингулярности вы затем выполните тот же процесс в обратном порядке в устье другой черной дыры.
Возможно ли путешествие во времени через червоточину?
Несмотря на то, что этот вопрос все еще не решен, поскольку до сих пор остается так много нерешенных загадок, когда дело доходит до червоточин, общепринятое мнение заключается в том, что они не позволят путешественникам вернуться во времени. Проще говоря, путешествия во времени кажутся возможными в рамках общей теории относительности, но это не влияет на реалии квантовой физики.
В то время как открытие червоточины станет невероятным моментом в истории астрономии, многие другие, многие другие проблемы и особенности червоточин, скорее всего, помешают людям проверить любую из наших теорий путешествий во времени на десятилетия вперед.
Источник
Удивительные червоточины: сквозь время и пространство
Путешествие сквозь пространство и время возможно не только в фантастических фильмах и научно-фантастических книгах, еще немного и это может стать реальностью. Множество известных и уважаемых специалистов работают над исследованием такого феномена как червоточина и пространственно-временной туннель.
Червоточина, в определении физика Эрика Дэвиса, некий космический туннель, называемый еще горловиной, соединяющий между собой две отдаленные области во Вселенной или две различные Вселенные,- если другие Вселенные существуют – или два различных периода времени, или различные пространственные измерения. Несмотря на то, что существование не доказано, ученые всерьез рассматривают всевозможные способы использования проходимых червоточин, при условии их существования, для преодоления расстояния со скоростью света, и даже перемещений во времени.
Прежде чем использовать червоточины, ученым необходимо их найти. Сегодня, к сожалению, не обнаружено доказательств существования червоточин. Но если, они все же существуют, их расположение может быть не таким трудным, как кажется на первый взгляд.
Что же такое червоточины?
На сегодняшний день существует несколько теорий возникновения червоточин. Математик Людвиг Фламм применявший уравнения относительности Альберта Эйнштейна, первый предложил термин «червоточина», описывая процесс, когда сила тяжести может изогнуть временное пространство, относящееся к ткани физической действительности, вследствие чего и образуется пространственно-временной тоннель.
Али Эвгюн, из Восточного Средиземноморского университета на Кипре, предполагает, что червоточины возникают в местах плотного скопления темной материи. Согласно этой теории, червоточины могли существовать во внешних областях Млечного пути, где есть темная материя, и в пределах других галактик. Математически ему удалось доказать, что есть все необходимые условия для подтверждения данной теории.
«В будущем будет возможность косвенно наблюдать за подобными экспериментами, как показано в фильме «Интерстеллар”, — сказал Али Эвгюн.
Торн и еще ряд ученых пришли к выводу, что даже если бы вследствие необходимых факторов образовалась некоторая червоточина, она вероятнее всего разрушилась бы прежде, чем какой-то объект или человек прошли сквозь нее. Для того чтобы сохранить червоточину открытой достаточно долго потребовалось бы большое количество так званой «экзотической материи». Одна из форм естественной «экзотической материи» является темная энергия, Дэвис так поясняет ее действие: «давление, значение которого ниже атмосферного, создает гравитационно-отталкивающую силу, в свою очередь, толкающую внутреннее пространство нашей Вселенной наружу, что производит инфляционное расширение Вселенной».
Такой экзотический материал, как темная материя, распространен во Вселенной в пять раз больше, чем обычные вещества. До сих пор ученым не удавалось обнаружить скопления темной материи или темной энергии, поэтому неизвестны многие их свойства. Изучение их свойств, происходит посредством изучения пространства вокруг них.
Через червоточину сквозь время – реальность?
Идея путешествия во времени довольно популярна не только в среде исследователей. На теории червоточин основано путешествие Алисы в Зазеркалье в одноименном романе Льюиса Керролла. Что представляет собой пространственно-временной тоннель? Регион пространства в дальнем конце туннеля должен выделяться из области, находящейся вокруг входа, благодаря искажениям, подобными отражению в искривленных зеркалах. Еще одним признаком может быть сосредоточенное движение света направленное через туннель червоточины воздушными течениями. Дэвис называет явление на переднем конце червоточины «каустическим эффектом радуги». Такие эффекты могут быть видимы с расстояния. «Астрономы планируют использовать телескопы для охоты на эти радужные явления, в поисках естественной или даже неестественно созданной, проходимой кротовой норы «, — сказал Дэвис. — «Я никогда не слышал о том, что проект всё-таки сдвинулся с мертвой точки «.
В рамках своего исследования кротовых нор, Торн предположил теорию, согласно которой, червоточину можно будет использовать в качестве машины времени. Мысленные эксперименты, связанные с путешествиями во времени достаточно часто сталкиваются с парадоксами. Пожалуй, самым известным из них является парадокс дедушки: Если исследователь отправится в прошлое и убьет своего деда, то этот человек не сможет родиться, и соответственно никогда бы не вернется во времени обратно. Можно предположить, что обратного пути в путешествии во времени нет, по словам Дэвиса, работа Торна открыла новые возможности для изучения учеными.
Призрачная Связь: Червоточины и Квантовый Мир
«Вся кустарная промышленность теоретической физики произрастала из теорий, которые привели к развитию других пространственно-временных методов, производящих описанные причины парадоксов, связанных с машиной времени», — сказал Дэвис. Несмотря ни на что возможность использование червоточины для путешествий во времени привлекает и поклонников фантастики, и желающих изменить свое прошлое. Дэвис считает, основываясь на современных теориях, что для того, чтобы сделать из червоточины машину времени, потоки в одном или обоих концах туннеля необходимо будет ускорить до скоростей, приближающихся к скорости света.
«Исходя из этого, было бы крайне трудно построить машину времени на основе червоточины”, — сказал Дэвис. — » Относительно этого гораздо проще будет использовать червоточины для межзвездных путешествий в космосе».
Другие физики предположили, что путешествия во времени с помощью червоточины могут вызвать массированное наращивание энергии, которая уничтожит тоннель, прежде чем он может быть использован в качестве машины времени — процесс, известный как обратная квантовая реакция. Тем не менее, мечтать о потенциале червоточин по-прежнему весело: «Подумайте о всех возможностях, которые получили бы люди, если бы они обнаружили способ, что они могли бы сделать, если бы могли путешествовать во времени?,» — сказал Дэвис. — «Их приключения были бы очень интересными, если не сказать больше».
Источник
Кротовые норы Вселенной
Кротовая нора (червоточина) — это гипотетический космический «туннель». Он соединяет удаленные друг от друга точки пространства особым образом. Поэтому путешествие через червоточину может занять гораздо меньше времени, чем путешествие между этими же точками в нормальном пространстве. Концы червоточины в теории могут существовать в одной и той же Вселенной. Или же быть межвселенными (существовать в разных Вселенных и, таким образом, являться неким мостом между ними).
Возможность существования кротовых нор вытекает из решений некоторых уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Они весьма элегантно и логично возникают в рамках этой теории. И поэтому некоторые теоретики считают, что настоящие червоточины могут быть в конечном итоге найдены. Или изготовлены. И, возможно, использованы для быстрых космических путешествий или путешествий во времени. Но есть нюанс. Одно предполагаемое свойство червоточин заключается в том, что они чрезвычайно нестабильны. И, вероятно, мгновенно разрушатся, если даже небольшое количество вещества, вроде единичного фотона, попытается пройти сквозь них. Возможным способом решения этой проблемы является использование экзотической материи для предотвращения взрыва и исчезновения объекта.
Краткая история кротовых нор
Впервые гипотеза червоточин была озвучена в 1916 году. Это произошло вскоре после того, как Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности. Людвиг Фламм, малоизвестный австрийский физик, рассмотрел простейшее возможное решение уравнений поля Эйнштейна, известное как решение Шварцшильда (или метрика Шварцшильда). Оно описывает гравитационное поле вокруг сферически-симметричной невращающейся массы. Если масса достаточно компактна, решение описывает особую форму явления, которое теперь называется черной дырой.
Фламм понял, что уравнения Эйнштейна допускают второе решение, теперь известное как белая дыра. И что два решения, описывающие две разные области пространства-времени, были (математически) соединены пространственно-временным каналом. «Вход» черной дыры и «выход» белой дыры могут находиться в разных частях одной и той же Вселенной. Или в совершенно разных Вселенных.
В 1935 году Эйнштейн и Натан Розен продолжили исследование. Они оценивали теорию связей внутри или между Вселенными в статье, целью которой была попытка объяснить свойства фундаментальных частиц с точки зрения пространства-времени. В ход этой работы появился термин «мост Эйнштейна-Розена». Впоследствии физик Джон Уилер назвал его «червоточиной». (Уилер также ввел термины «черная дыра» и «квантовая пена».) В статье Уилера 1955 года рассматриваются червоточины в терминах топологических объектов. И, между прочим, именно в этой работе была представлена первая (теперь всем знакомая) схема червоточины в виде туннеля, соединяющего два отверстия в разных областях пространства-времени.
Проходимые червоточины
Интерес к так называемым проходимым червоточинам усилился после публикации в 1987 году интересной статьи. Ее авторами были Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер (MTY) из Калифорнийского технологического института. Эта статья возникла после запроса к Торну Карла Сагана, который обдумывал способ перемещения героини своего романа «Контакт» на межзвездные расстояния со сверхсветовой скоростью. Торн передал рассмотрение проблемы студентам, Майклу Моррису и Ульви Юртсеверу. Они рассчитали, что такое путешествие в принципе могло бы быть возможным. Нужно лишь чтобы червоточина оставалась открытой достаточно долго, чтобы через нее мог пройти космический корабль. Или любой другой объект. Группа MTY пришла к выводу, что для сохранения открытой червоточины потребуется вещество с отрицательной плотностью энергии. И большим отрицательным давлением — большим по величине, чем плотность энергии. Такая гипотетическая материя называется экзотической материей.
Звездный мост
Наши современные технологии не позволяют нам строить подобные объекты. Поэтому возникает вопрос — а могут ли они уже существовать где-то во Вселенной? Могли ли продвинутые цивилизации в других местах Галактики или за ее пределами создать сеть червоточин, которые мы могли бы научиться использовать?
И еще один вопрос. Могут ли червоточины возникать естественным путем? Ученые Дэвид Хохберг и Томас Кефарт из Университета Вандебильта установили интересный факт. Их расчеты показали, что в самые первые моменты существования Вселенной гравитация могла породить области отрицательной энергии. В них могли образоваться естественные самостабилизирующиеся червоточины. Такие червоточины, созданные в результате Большого взрыва, могут и существовать сегодня. Это может быть целая транспортная сеть, охватывающая огромные расстояния космоса.
И если это так, нам нужно будет лишь найти вход в эти ворота…
Источник