El universo es un agujero de gusano. Agujeros de gusano: ¿qué es? ¿Un mito, una puerta de entrada a otros mundos o una abstracción matemática? ¿Qué son los agujeros de gusano?

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Este texto representa la tercera versión de mi libro sobre agujeros de gusano y. Intenté hacerlo comprensible para el mayor número posible de lectores. Comprender el material no requiere que el lector educación especial, las ideas más generales del curso serán suficientes escuela secundaria y curiosidad cognitiva. El texto no contiene fórmulas y no contiene. conceptos complejos. Para facilitar la comprensión, he intentado utilizar ilustraciones explicativas siempre que sea posible. Esta versión se ha complementado con nuevas secciones e ilustraciones. También se hicieron correcciones, aclaraciones y aclaraciones al texto. Si alguna sección del libro le parece aburrida o incomprensible al lector, puede omitirla durante la lectura sin dañar mucho la comprensión.

Lo que comúnmente se llama “agujero de gusano” en astrofísica

EN últimos años en medios medios de comunicación en masa Ha habido muchos informes sobre el descubrimiento por parte de científicos de ciertos objetos hipotéticos llamados "agujeros de gusano". Además, existen incluso informes ridículos sobre la detección observacional de tales objetos. Incluso leí en los periódicos sensacionalistas sobre el uso práctico de ciertos "agujeros de gusano". Desafortunadamente, la mayoría de estos informes están muy lejos de la verdad; además, el concepto de tales "agujeros de gusano" a menudo no tiene nada en común con lo que comúnmente se llama "agujeros de gusano" en astrofísica.

Todo esto me impulsó a escribir una presentación popular (y al mismo tiempo confiable) de la teoría de los "agujeros de gusano" en astrofísica. Pero primero lo primero.

Primero, un poco de historia:

La teoría científica de los agujeros de gusano se originó en la astrofísica allá por 1935 con el trabajo pionero de Einstein y Rosen. Pero en ese trabajo pionero, los autores llamaron al "agujero de gusano" un "puente" entre varias partes Universo ( término inglés"puente"). Por mucho tiempo Este trabajo no despertó mucho interés entre los astrofísicos.

Pero en los años 90 del siglo pasado, el interés por este tipo de objetos empezó a recuperarse. En primer lugar, el retorno del interés estuvo asociado con un descubrimiento en cosmología, pero les diré por qué y cuál es la conexión un poco más adelante.

El término en inglés que se ha arraigado para "agujeros de gusano" desde los años 90 se ha convertido en "agujero de gusano", pero los primeros en proponer este término en 1957 fueron los astrofísicos estadounidenses Mizner y Wheeler (este es el mismo Wheeler, considerado el "padre "de americano bomba de hidrogeno). "agujero de gusano" se traduce al ruso como "agujero de gusano". A muchos astrofísicos de habla rusa no les gustó este término y en 2004 se decidió votar sobre varios términos propuestos para tales objetos. Entre los términos sugeridos estaban: “agujero de gusano”, “agujero de gusano”, “agujero de gusano”, “puente”, “agujero de gusano”, “túnel”, etc. En la votación participaron astrofísicos de habla rusa que tienen publicaciones científicas sobre este tema (incluido yo). Como resultado de esta votación, ganó el término "agujero de gusano", y de ahora en adelante escribiré este término sin comillas.

1. Entonces, ¿qué se llama comúnmente agujero de gusano?

En astrofísica, los agujeros de gusano tienen una clara definición matemática, pero aquí (debido a su complejidad) no lo daré, y para el lector no preparado intentaré dar una definición en palabras sencillas.

Puedes dar diferentes definiciones agujeros de gusano, pero común a todas las definiciones es la propiedad de que un agujero de gusano debe conectar dos regiones no curvas del espacio. La unión se llama agujero de gusano y su sección central se llama cuello del agujero de gusano. El espacio cerca del cuello del agujero de gusano está bastante curvado. Los conceptos de "no curvado" o "curvo" requieren una explicación detallada aquí. Pero no explicaré esto ahora y pido al lector que tenga paciencia hasta la siguiente sección, en la que explicaré la esencia de estos conceptos.

Un agujero de gusano puede conectar dos universos diferentes o el mismo universo en partes diferentes. EN el último caso la distancia a través del agujero de gusano (entre sus entradas) puede ser más corta que la distancia entre las entradas medida desde el exterior (aunque esto no es en absoluto necesario).

Además, usaré la palabra "universo" (con letra minúscula), parte del espacio-tiempo, que está limitada por las entradas a los agujeros de gusano y los agujeros negros, y la palabra "Universo" (con letras mayúsculas) Llamaré a todo el espacio-tiempo, ilimitado por cualquier cosa.

En rigor, los conceptos de tiempo y distancia en el espacio-tiempo curvo dejan de ser valores absolutos, es decir. como inconscientemente siempre hemos estado acostumbrados a considerarlos. Pero doy toda la importancia a estos conceptos. significado fisico: estamos hablando del tiempo propio, medido por un observador que se mueve libremente (sin cohete ni ningún otro motor) casi a la velocidad de la luz (los teóricos suelen llamarlo observador ultrarelativista).

Obviamente, técnicamente es prácticamente imposible crear un observador de este tipo, pero actuando en el espíritu de Einstein, podemos imaginar un experimento mental en el que el observador ensilla un fotón (u otra partícula ultrarelativista) y se mueve sobre él a lo largo de la trayectoria más corta. (como el barón Munchausen en un núcleo).

Aquí vale la pena recordar que un fotón se mueve por el camino más corto, por definición, ese camino se llama teoria general relatividad cero línea geodésica. En el espacio ordinario no curvado, dos puntos pueden estar conectados por una sola línea geodésica cero. En el caso de un agujero de gusano que conecta entradas en el mismo universo, puede haber al menos dos caminos para un fotón (y ambos son más cortos, pero desiguales), y uno de estos caminos pasa a través del agujero de gusano y el otro no.

Bueno, parece que di una definición simplificada de agujero de gusano en términos simples. en palabras humanas(sin usar matemáticas). Sin embargo, vale la pena mencionar que los agujeros de gusano a través de los cuales la luz y otras materias pueden pasar en ambas direcciones se llaman agujeros de gusano atravesables (de ahora en adelante los llamaré simplemente agujeros de gusano). A partir de la palabra "transitable" surge la pregunta: ¿existen agujeros de gusano intransitables? Sí tengo. Estos son objetos que externamente (en cada una de las entradas) son como un agujero negro, pero dentro de dicho agujero negro no hay singularidad (la singularidad en física se llama densidad infinita materia que desgarra y destruye cualquier otra materia que entre en él). Además, la propiedad de singularidad es obligatoria para los agujeros negros ordinarios. Y el agujero negro en sí está determinado por la presencia de una superficie (esfera), de debajo de la cual ni siquiera la luz puede escapar. Esta superficie se llama horizonte de agujero negro (u horizonte de sucesos).

Así, la materia puede entrar en un agujero de gusano impenetrable, pero no puede salir de él (muy similar a la propiedad de un agujero negro). Además, también puede haber agujeros de gusano semitransitables, en los que la materia o la luz sólo pueden atravesar el agujero de gusano en una dirección, pero no en la otra.

2. ¿Túnel de curvatura? ¿Curvatura de qué?

A primera vista, crear un túnel de agujero de gusano a partir de un espacio curvo parece bastante atractivo. Pero cuando lo piensas, empiezas a llegar a conclusiones absurdas.
Si estás en este túnel, ¿qué paredes pueden impedirte escapar de él en dirección transversal?

¿Y de qué están hechas estas paredes?

En realidad espacio vacio¿Puede impedirnos atravesarlos?
¿O no está vacío?

Para entender esto (ni siquiera sugiero imaginarlo), consideremos el espacio que no está curvado por la gravedad. Considere el lector que éste es un espacio ordinario con el que siempre está acostumbrado a tratar y en el que vive. En lo que sigue llamaré plano a ese espacio.

Figura 1. (dibujo original del autor)
Representación esquemática de la curvatura del espacio bidimensional. Los números indican etapas sucesivas de transición: desde la etapa del espacio no curvado (1) a la etapa de un agujero de gusano bidimensional (7).

Tomemos como comienzo algún punto “O” en este espacio y dibujemos un círculo alrededor de él; consulte la figura No. 1 en la Figura 1. Dejemos que tanto este punto como este círculo se encuentren en algún plano de nuestro espacio plano. Como todos sabemos muy bien por curso escolar Matemáticas, la relación entre la longitud de este círculo y el radio es igual a 2π, donde el número π = 3,1415926535….. Además: la relación entre el cambio en la circunferencia y el cambio correspondiente en el radio también será igual a 2π (en adelante, por brevedad, diremos simplemente RATIO).

Ahora coloquemos algún cuerpo con masa M en nuestro punto "O". Si creemos en la teoría y los experimentos de Einstein (que se llevaron a cabo repetidamente tanto en la Tierra como en el sistema solar), entonces el espacio-tiempo alrededor del cuerpo será curvo y el La RELACIÓN mencionada anteriormente será menor que 2π. Es más, cuanto menos mas masa M – ver figuras No. 2 – 4 en la Figura 1. ¡Esta es la curvatura del espacio! Pero no sólo el espacio es curvo, el tiempo también lo es, y es más correcto decir que todo el espacio-tiempo es curvo, porque En la teoría de la relatividad, uno no puede existir sin el otro: no existe un límite claro entre ellos.

¿En qué dirección está doblado? - usted pregunta.
¿Abajo (debajo del avión) o viceversa, arriba?

La respuesta correcta es que la curvatura será la misma para cualquier plano que pase por el punto “O”, y la dirección no tiene nada que ver. Ser propiedad geométrica¡El espacio cambia de modo que la relación entre la circunferencia y el radio también cambia! Algunos científicos creen que la curvatura del espacio se produce en dirección a una nueva (cuarta) dimensión. Pero la teoría de la relatividad en sí misma no necesita dimensión adicional, requiere tres dimensiones espaciales y una temporal. Por lo general, a la dimensión tiempo se le asigna un índice de cero y el espacio-tiempo se designa como 3+1.
¿Qué tan severa será esta curvatura?

Para un círculo que es nuestro ecuador, la disminución relativa de la RATIO será 10-9, es decir para la Tierra (longitud del ecuador)/(radio de la Tierra) ≈ 2π (1 – 10-9)!!! Esta es una adición tan insignificante. Pero para un círculo que es el ecuador, esta disminución ya es de aproximadamente 10-5, y aunque también es muy pequeña, los instrumentos modernos miden fácilmente este valor.

Pero hay objetos más exóticos en el espacio que sólo planetas y estrellas. Por ejemplo, los púlsares, que son estrellas de neutrones(consiste en neutrones). La gravedad en la superficie de los púlsares es monstruosa y su densidad media de materia es de unos 1014 g/cm3: ¡materia increíblemente pesada! ¡Para los púlsares, la disminución de esta RELACIÓN ya es de aproximadamente 0,1!

Pero para los agujeros negros y los agujeros de gusano la disminución de esta RELACIÓN alcanza la unidad, es decir ¡la ACTITUD misma llega a cero! Esto significa que al avanzar hacia el centro, la circunferencia no cambia cerca del horizonte o del cuello. El área de la esfera alrededor de los agujeros negros o de gusano tampoco cambia. Estrictamente hablando, para tales objetos la definición habitual de longitud ya no es adecuada, pero esto no cambia la esencia. Además, para un agujero de gusano esféricamente simétrico la situación no depende de la dirección desde la que nos movemos hacia el centro.

¿Cómo puedes imaginar esto?

Si consideramos un agujero de gusano, esto significa que hemos alcanzado una esfera de área mínima Smin=4π rmin2 con un radio de garganta rmin. Esta esfera de área mínima se llama cuello del agujero de gusano. Con un mayor movimiento en la misma dirección, encontramos que el área de la esfera comienza a aumentar; esto significa que hemos pasado el cuello, nos hemos movido a otro espacio y nos estamos alejando del centro.

¿Qué pasa si las dimensiones del cuerpo que cae exceden las dimensiones del cuello?

Para responder a esta pregunta, recurramos a una analogía bidimensional; consulte la Figura 2.

Supongamos que el cuerpo es una figura bidimensional (un determinado diseño recortado en papel u otro material), y este diseño se desliza por una superficie que es un embudo (como el que tenemos en una bañera cuando el agua fluye hacia él). Además, nuestro dibujo se desliza en dirección al cuello del embudo de modo que queda presionado contra la superficie del embudo con toda su superficie. Es obvio que a medida que el patrón se acerca al cuello, la curvatura de la superficie del embudo aumenta y la superficie del patrón comienza a deformarse de acuerdo con la forma del embudo en este lugar dibujo. Nuestro dibujo (aunque sea papel), como cualquier cuerpo físico, tiene propiedades elásticas que impiden su deformación.

Al mismo tiempo, el material de dibujo tiene impacto fisico del material del que está hecho el embudo. Podemos decir que tanto el embudo como el dibujo ejercen fuerzas elásticas entre sí.

1. El dibujo está tan deformado que se desliza por el embudo y, en este caso, puede colapsar (romperse).
2. El patrón y el embudo no están lo suficientemente deformados como para que el patrón se deslice (para ello es necesario que el patrón tenga suficiente tallas grandes y fuerza). Entonces el dibujo se quedará atascado en el embudo y bloqueará su cuello para otros cuerpos.
3. El dibujo (más precisamente, el material del dibujo) destruirá (romperá) el material del embudo, es decir. Un agujero de gusano bidimensional de este tipo será destruido.
4. El dibujo pasará por el cuello del embudo (posiblemente tocándolo con el borde). Pero esto sólo sucederá si no has enfocado tu diseño con suficiente precisión en la dirección del escote.

Las mismas cuatro opciones también son posibles para la caída de tridimensionales. cuerpos fisicos en agujeros de gusano tridimensionales. Así de ilusorio, usando modelos de juguetes como ejemplo, intenté describir un agujero de gusano en forma de túnel sin paredes.

En el caso de un agujero de gusano tridimensional (en nuestro espacio), las fuerzas elásticas del material del embudo, analizadas en la sección anterior, son reemplazadas por fuerzas de marea gravitacionales; estas son las mismas fuerzas que causan flujos y reflujos en la Tierra bajo el influencia de y.

En los agujeros de gusano y los agujeros negros, las fuerzas de marea pueden alcanzar niveles monstruosos. ¡Son capaces de desgarrar y destruir cualquier objeto o materia, y cerca de la singularidad estas fuerzas generalmente se vuelven infinitas! Sin embargo, podemos asumir un modelo de agujero de gusano en el que las fuerzas de marea son limitadas y, por lo tanto, es posible que nuestro robot (o incluso un humano) atraviese dicho agujero de gusano sin dañarlo.

Las fuerzas de marea, según la clasificación de Kip Thorne, son de tres tipos:

1. Fuerzas de tensión-compresión de marea
2. Fuerzas de marea de deformación por corte.
3. Fuerzas de marea de deformación torsional.

Figura 3. (Figura tomada del informe de Kip Thorne - Premio Nobel en física 2017) A la izquierda hay una ilustración de la acción de las fuerzas de tensión-compresión de marea. A la derecha hay una ilustración de la acción de las fuerzas de torsión y corte de marea.

Aunque los dos últimos tipos se pueden reducir a uno, consulte la Figura 3.

4.Teoría general de la relatividad de Einstein

En esta sección hablaré sobre los agujeros de gusano en el marco de la teoría general de la relatividad creada por Einstein. Discutiré las diferencias con los agujeros de gusano en otras teorías de la gravedad en una sección posterior.

¿Por qué comencé mi consideración con la teoría de Einstein?

Hasta la fecha, la teoría de la relatividad de Einstein es la más simple y hermosa de las teorías de la gravedad no refutadas: ningún experimento hasta la fecha la ha refutado. ¡¡¡Los resultados de todos los experimentos concuerdan perfectamente con él desde hace 100 años!!! Al mismo tiempo, la teoría de la relatividad es matemáticamente muy compleja.

¿Por qué una teoría tan compleja?

Porque todas las demás teorías consistentes resultan ser aún más complicadas...

Figura 4. (figura tomada del libro “Inflationary Cosmology” de A.D. Linde)
A la izquierda hay un modelo de un Universo caótico inflacionario de múltiples elementos sin agujeros de gusano, a la derecha es lo mismo, pero con agujeros de gusano.

Hoy, el modelo de “inflación caótica” es la base cosmología moderna. Este modelo funciona en el marco de la teoría de Einstein y asume la existencia (excepto la nuestra) número infinito otros universos que surgen después de " Big Bang”, formando durante la “explosión” la llamada “espuma espacio-temporal”. Los primeros momentos durante y después de esta “explosión” son la base del modelo de “inflación caótica”.

En estos momentos pueden aparecer túneles espacio-temporales primarios (agujeros de gusano relictos), que probablemente persistan después de la inflación. Además, estos agujeros de gusano relictos conectan varias regiones de nuestro universo y de otros universos; consulte la Figura 4. Este modelo fue propuesto por nuestro compatriota Andrei Linde, hoy profesor de la Universidad de Stanford. Este modelo se abre oportunidad unica investigación del Universo multielemento y descubrimiento de un nuevo tipo de objetos: las entradas a los agujeros de gusano.

¿Qué condiciones son necesarias para la existencia de agujeros de gusano?

Un estudio de los modelos de agujeros de gusano muestra que, en el marco de la teoría de la relatividad, se necesita materia exótica para su existencia estable. A veces, esta materia también se llama materia fantasma.

¿Por qué se necesita tal asunto?

Como escribí anteriormente, se necesita una gravedad fuerte para la existencia de un espacio curvo. En la teoría de la relatividad de Einstein, la gravedad y el espacio-tiempo curvo existen inextricablemente uno del otro. Sin suficiente materia concentrada, el espacio curvo se endereza y la energía de este proceso se irradia al infinito en forma de ondas gravitacionales.
Pero una fuerte gravedad por sí sola no es suficiente para la existencia estable de un agujero de gusano; de esta manera sólo se puede obtener un agujero negro y (como consecuencia) un horizonte de sucesos.

Para evitar la formación del horizonte de sucesos de un agujero negro, se necesita materia fantasma. Por lo general, materia exótica o fantasma significa una violación de las condiciones energéticas por parte de dicha materia. Ya esta concepto matemático, pero no te alarmes: lo describiré sin matemáticas. Como se sabe por el curso de física de la escuela, cada física sólido existen fuerzas elásticas que resisten la deformación de este cuerpo (escribí sobre esto en el apartado anterior). En mas caso general La materia arbitraria (líquido, gas, etc.) habla de la presión intrínseca de la materia, o más precisamente de la dependencia de esta presión de la densidad de la materia.

Los físicos llaman a esta relación ecuación de estado de la materia.
Entonces, para que se violen las condiciones energéticas de la materia, es necesario que la suma de la presión y la densidad de energía sea negativa (la densidad de energía es la densidad de masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado).

¿Qué significa?

Bueno, en primer lugar, si consideramos una masa positiva, entonces la presión de dicha materia fantasma debe ser negativa. Y en segundo lugar, la presión de la materia fantasma en módulo debería ser lo suficientemente grande como para dar un valor negativo cuando se suma a la densidad de energía.

Hay una versión aún más exótica de la materia fantasma: cuando inmediatamente consideramos la densidad de masa negativa y entonces la presión no juega un papel fundamental, pero hablaremos de eso más adelante.

Y aún más sorprendente es el hecho de que en la teoría de la relatividad la densidad de la materia (energía) depende del marco de referencia en el que la consideramos. Para la materia fantasma, esto lleva al hecho de que siempre hay un marco de referencia (que se mueve con respecto al marco del laboratorio casi a la velocidad de la luz) en el que la densidad de la materia fantasma se vuelve negativa. Por esta razón, en la materia fantasma no existe una diferencia fundamental: si su densidad es positiva o negativa.

¿Existe tal asunto?

Y ahora es el momento de recordar el descubrimiento de la energía oscura en cosmología (no la confunda con el concepto de "materia oscura", es una sustancia completamente diferente). La energía oscura se descubrió en los años 90 del siglo pasado y era necesaria para explicar la expansión acelerada del universo observada. Sí, sí: el universo no sólo se expande, sino que se expande con aceleración.

7. Cómo se podrían haber formado los agujeros de gusano en el Universo

Todas las teorías métricas de la gravedad (y entre ellas la teoría de Einstein) afirman el principio de conservación de la topología. Esto significa que si un agujero de gusano tiene una topología, con el tiempo no podrá tener otra. Esto también significa que si un espacio no tiene la topología de un toroide, entonces los objetos con la topología de un toroide no podrán aparecer en el mismo espacio.

Por lo tanto, los agujeros anulares (agujeros de gusano con topología toroidal) no pueden aparecer en un Universo en expansión y no pueden desaparecer. Aquellos. si durante el "big bang" la topología se vio alterada (el proceso del "big bang" puede no ser descrito por una teoría métrica, por ejemplo, la teoría de Einstein), entonces en los primeros momentos de la explosión, en el "espacio- espuma de tiempo” (escribí sobre esto arriba: agujeros anulares, que luego pueden convertirse en agujeros de gusano intransitables con la misma topología de toro, pero ya no podrán desaparecer por completo; por eso se les llama agujeros de gusano relictos.

Pero los agujeros de gusano con topología de esfera en la teoría de Einstein pueden aparecer y desaparecer (aunque en un lenguaje estrictamente topológico esta no será la misma topología de esfera que para los agujeros de gusano que conectan diferentes universos, pero no profundizaré aquí en estas junglas matemáticas). ). Puedo ilustrar nuevamente cómo puede ocurrir la formación de agujeros de gusano con la topología de una esfera usando el ejemplo de una analogía bidimensional; ver las figuras 5 a 7 en la Figura 1. Estos agujeros de gusano bidimensionales pueden "inflarse" como los de un niño. pelota de goma en cualquier punto de un “universo” de goma plano. Además, en el proceso de tal "inflación", la topología no se viola en ninguna parte, no hay rupturas en ninguna parte. EN espacio tridimensional(esfera tridimensional) todo sucede por analogía, tal como lo describí anteriormente.

8. ¿Es posible construir una máquina del tiempo a partir de un agujero de gusano?

Entre obras literarias Puedes encontrar muchas novelas diferentes sobre una máquina del tiempo. Desafortunadamente, la mayoría de ellos son mitos que no tienen nada que ver con lo que comúnmente se llama la MÁQUINA DEL TIEMPO en física. Entonces, en física, una máquina del tiempo generalmente se llama líneas de mundo cerradas. cuerpos materiales. ¡Por línea mundial nos referimos a la trayectoria de un cuerpo dibujado no en el espacio, sino en el espacio-tiempo!

Además, la longitud de estas líneas debe tener dimensiones macroscópicas. El último requisito se debe a que física cuántica(en el micromundo) las líneas de partículas del mundo cerrado son lo de siempre. Pero mundo cuántico Este es un asunto completamente diferente. En él, por ejemplo, hay un cuanto. efecto túnel, que permite que una micropartícula atraviese una barrera de potencial (a través de una pared opaca). ¿Recuerdas al héroe Ivanushka (interpretado por Alexander Abdulov) en la película Hechiceros, donde atravesó la pared? Un cuento de hadas, por supuesto, pero desde un punto de vista puramente científico, un gran cuerpo macroscópico también tiene la posibilidad de atravesar una pared (túnel cuántico).

Pero si calculamos esta probabilidad, resulta ser tan pequeña que el número requerido de intentos (que es igual a uno dividido por esta pequeña probabilidad) necesarios para tener éxito túnel cuántico hay casi infinito. Más específicamente, el número de tales intentos debe exceder el número de todos partículas elementales¡En el universo!

Esta es más o menos la misma situación con el intento de crear una máquina del tiempo a partir de un bucle cuántico: casi increíble.

Pero aún así volveremos a la cuestión de la creación de una máquina del tiempo utilizando un agujero de gusano. Para esto (como ya dije) necesitamos líneas mundiales cerradas. Estas líneas, por cierto, existen dentro de los agujeros negros en rotación. Por cierto, existen en algunos modelos del Universo en rotación (la solución de Gódel).

Pero para que esas líneas aparezcan dentro de los agujeros de gusano, es necesario implementación obligatoria dos condiciones:

En primer lugar, el agujero de gusano debe ser un anillo, es decir. conectar diferentes áreas de un mismo universo.

Y en segundo lugar, este agujero de gusano debe girar lo suficientemente rápido (en la dirección correcta).

La frase "lo suficientemente rápido" aquí significa que la velocidad de la materia que se mueve en él debe ser cercana a la velocidad de la luz.

¿Eso es todo? – preguntas, ¿podremos viajar al pasado y regresar? Los físicos de hoy no pueden responder matemáticamente correctamente a esta pregunta. El hecho es que el modelo matemático que hay que calcular es tan complejo que es simplemente imposible construir una solución analítica. Es más: hoy no hay ni un solo solucion analitica para los anillos: solo se realizan cálculos numéricos aproximados en computadoras.

Mi opinión personal es que incluso si logramos cerrar un linea mundial, entonces será destruido por la materia (que se moverá a lo largo de este bucle) incluso antes de que se cierre el bucle. Aquellos. una máquina del tiempo es imposible, de lo contrario podríamos retroceder en el tiempo y, por ejemplo, matar allí a nuestra abuela incluso antes de que nacieran sus hijos. contradicción obvia en lógica. Aquellos. Sólo es posible obtener bucles de tiempo que no pueden influir en nuestro pasado. Por la misma razón lógica, no podremos mirar hacia el futuro mientras permanezcamos en el presente. Sólo podemos ser transportados enteramente al futuro, y será imposible regresar de él si ya hemos entrado en él. De lo contrario, se romperá la relación causa-efecto entre eventos (y en mi opinión esto es imposible).

9.agujeros de gusano y máquina de movimiento perpetuo

En realidad, los propios agujeros de gusano relación directa no tienen acceso a una máquina de movimiento perpetuo, pero con la ayuda de materia fantasma (que es necesaria para la existencia estacionaria de un agujero de gusano), en principio, es posible crear la llamada máquina de movimiento perpetuo del tercer amable.

Te recordaré uno de propiedades sorprendentes Materia fantasma (ver arriba): siempre hay un marco de referencia (que se mueve con respecto al marco del laboratorio casi a la velocidad de la luz) en el que la densidad de la materia fantasma se vuelve negativa. Imaginemos un cuerpo con masa negativa (hecho de materia fantasma). De acuerdo con la ley gravedad universal este cuerpo será atraído por un cuerpo ordinario con masa positiva. Por otro lado, un cuerpo ordinario tendrá que repelerse de un cuerpo con masa negativa. Si las masas absolutas de estos cuerpos son iguales, entonces los cuerpos se "perseguirán" entre sí hasta el infinito.

En este efecto se basa (puramente teóricamente) el principio de funcionamiento. máquina de movimiento perpetuo tercer tipo. Sin embargo, la posibilidad de extraer energía (para las necesidades economía nacional) de este principio no ha sido demostrado rigurosamente hasta la fecha ni matemática ni físicamente (aunque se han hecho intentos similares varias veces).
Además, los científicos no creían ni creen en la posibilidad de crear una máquina de movimiento perpetuo, y este es el principal argumento contra la existencia de materia fantasma y contra los agujeros de gusano... Personalmente, tampoco creo en la posibilidad de crear una máquina de movimiento perpetuo, pero admito la posibilidad de la existencia de ciertos tipos de materia fantasma en la naturaleza.

10. La conexión entre los agujeros de gusano y los agujeros negros

Como escribí anteriormente, los primeros agujeros de gusano reliquia que podrían haberse formado en el Universo después del "big bang" podrían resultar intransitables. Aquellos. el paso a través de ellos es imposible. En términos matemáticos, esto significa que aparece un “horizonte de captura” en el agujero de gusano, a veces también llamado horizonte de visibilidad espacial. Ni siquiera la luz puede escapar de debajo del horizonte atrapado, y menos aún el resto de la materia.

Quizás te preguntes: "¿Qué? ¿Los horizontes son diferentes?" Sí, hay varios tipos de horizontes en las teorías de la gravedad, y cuando dicen que un agujero negro tiene un horizonte, normalmente se refieren a un horizonte de sucesos.

Diré más: un agujero de gusano también debe tener un horizonte, este horizonte se llama horizonte de visibilidad, y también existen varios tipos de tales horizontes. Pero no entraré en eso aquí.

Por lo tanto, si un agujero de gusano es intransitable, exteriormente es casi imposible distinguirlo de un agujero negro. El único signo de un agujero de gusano de este tipo sólo puede ser un campo magnético monopolo (aunque es posible que el agujero de gusano no lo tenga en absoluto).

La frase "campo exclusivo" significa que el campo sale directamente del agujero de gusano en una dirección, es decir, el campo sale del agujero de gusano por todos lados (como las agujas de un erizo) o entra por todos lados; consulte la Figura 6.

Un agujero negro tiene el monopolio campo magnético prohibido por el llamado teorema “Sobre la ausencia de pelos en un agujero negro”.

Para un campo eléctrico monopolar, esta propiedad generalmente significa que dentro de la superficie bajo la cual entra (o sale) el campo hay carga eléctrica. Pero cargas magnéticas no se encuentra en la naturaleza, por lo que si un campo en una de las entradas entra en un agujero de gusano, debe salir de él en la otra entrada del agujero de gusano (o viceversa). Así, es posible implementar un concepto interesante en física teórica, este concepto se denomina “cobro sin cargo”.

Esto significa que un agujero de gusano magnético en cada una de sus entradas se verá como una carga magnética, pero las cargas de las entradas son opuestas (+ y -) y por lo tanto la carga total de las entradas del agujero de gusano igual a cero. De hecho, no debería haber cargas magnéticas, es solo que el campo magnético externo se comporta como si las hubiera; consulte la Figura 6.

Los agujeros de gusano transitables tienen los suyos. características, por lo que puedes distinguirlos de los agujeros negros, y escribiré sobre esto en la siguiente sección.
Si un agujero de gusano es intransitable, entonces utilizando materia fantasma se puede volver transitable. Es decir, si "riegamos" un agujero de gusano intransitable con materia fantasma desde una de sus entradas, entonces será transitable desde la entrada opuesta, y viceversa. Es cierto que surge y permanece la pregunta: ¿cómo puede un viajero (que quiere atravesar un agujero de gusano intransitable) informar a su asistente en la entrada del agujero de gusano frente a él (cerrado a él por el horizonte) que él (el viajero) ya está cerca? su entrada y es hora de empezar a “regar”” la entrada opuesta con materia fantasma, para que el agujero de gusano se vuelva semitransitable en la dirección deseada por el viajero.

Por lo tanto, para que un agujero de gusano intransitable se vuelva completamente transitable, debe ser "regado" con materia fantasma desde ambas entradas simultáneamente. Además, debería haber materia fantasma. cantidad suficiente, cuál exactamente no es una pregunta sencilla; la respuesta sólo puede darse mediante un cálculo numérico preciso para un modelo específico (tales modelos ya se han calculado anteriormente en publicaciones científicas). En astrofísica incluso se decía que la materia fantasma es tan terrible que incluso disuelve los agujeros negros en sí misma. Para ser justos, hay que decir que un agujero negro, una vez disuelto, no necesariamente forma un agujero de gusano.

La materia ordinaria en cantidades suficientes, por el contrario, "bloquea" el agujero de gusano, es decir, lo hace intransitable. Así, podemos decir que en este sentido es posible la interconversión de agujeros negros y agujeros de gusano.

11.Agujeros blancos y negros como tipo de agujero de gusano

Supongo que hasta ahora el lector ha tenido la impresión de que los agujeros negros son objetos de los que nunca puede salir nada (ni siquiera luz). Esta no es una afirmación del todo cierta.

El hecho es que en casi todos los agujeros negros, la singularidad repele la materia (y la luz) cuando vuela demasiado cerca de él (ya por debajo del horizonte del agujero negro). La única excepción a este fenómeno podrían ser los llamados agujeros negros de Schwarzschild, es decir, aquellos que no giran y no tienen carga eléctrica. Pero para la formación de tal agujero negro de Schwarzschild, la materia que lo forma requiere tales condiciones iniciales, cuya medida es cero en el conjunto de todas las condiciones iniciales posibles!

En otras palabras, cuando se forma cualquier agujero negro, definitivamente tendrá rotación (aunque sea muy pequeña) y definitivamente habrá una carga eléctrica (aunque sea elemental), es decir. el agujero negro no será Schwarzschild. En lo que sigue llamaré reales a esos agujeros negros. Los agujeros negros reales tienen su propia clasificación: Kerr (para un agujero negro giratorio), Reisner-Nordström (para un agujero negro cargado) y Kerr-Newman (para un agujero negro giratorio y cargado).

¿Qué le sucede a una partícula que es repelida por una singularidad dentro de un agujero negro real?

La partícula ya no podrá regresar; esto contradeciría las leyes de la física en un agujero negro, porque la partícula ya ha caído bajo el horizonte de sucesos. Pero resulta que la topología dentro de los agujeros negros resulta no trivial (compleja). Esto lleva al hecho de que después de caer bajo el horizonte de un agujero negro, toda la materia, las partículas y la luz son arrojadas por la singularidad a otro universo.

En el universo por donde sale todo esto, hay un agujero blanco; de allí sale la materia (partículas, luz). Pero todos los milagros no terminan ahí... El caso es que en el mismo lugar del espacio donde está este agujero blanco (en otro universo) también hay un agujero negro.

La materia que cae en ese agujero negro (en otro universo) experimenta un proceso similar y sale volando hacia el siguiente universo. Y así sucesivamente... Además, el movimiento de un universo a otro siempre es posible sólo en una dirección: del pasado al futuro (en el espacio-tiempo). Esta dirección está asociada con la relación causa-efecto entre eventos en cualquier espacio-tiempo. En virtud de sentido común y los científicos lógicos suponen que la relación causa-efecto nunca debe romperse.

El lector puede tener una pregunta lógica: ¿habrá necesariamente un agujero blanco en nuestro universo, donde ya hay un agujero negro y desde donde podría llegar hasta nosotros materia del universo anterior? Para los expertos en la topología de los agujeros negros, esta es una pregunta difícil y la respuesta es “no siempre”. Pero, en principio, tal situación bien puede existir (cuando un agujero negro en nuestro universo es también un agujero blanco de otro universo anterior). Desafortunadamente, todavía no podemos responder a la pregunta: qué situación es más probable (si un agujero negro en nuestro universo es al mismo tiempo un agujero blanco del universo anterior o no).

Entonces estos son los objetos... agujeros en blanco y negro También tienen otro nombre: “agujeros de gusano dinámicos”. Se llaman dinámicos porque siempre tienen una región bajo el horizonte del agujero negro (esta región se llama región T) en la que es imposible crear un marco de referencia rígido y en el que todas las partículas o materia estarían en descansar. En la región T, la materia no sólo se mueve todo el tiempo, sino que se mueve a velocidades variables todo el tiempo.

Pero entre la singularidad y la región T en los agujeros negros reales siempre hay un espacio con una región ordinaria, esta región se llama región R. En particular, el espacio fuera de un agujero negro también tiene las propiedades de una región R. Entonces, la expulsión de la materia de la singularidad ocurre precisamente en la región R interna.

Figura 7. (El autor tomó como base para la figura el diagrama de Carter-Penrose para el agujero negro de Reisner-Nordström) La figura de la izquierda muestra esquemáticamente un espacio con una topología no trivial (compleja) agujero blanco y negro Reisner-Nordström (diagrama de Carter-Penrose). A la derecha está el paso de una partícula a través de este agujero en blanco y negro: fuera del círculo negro está la región R exterior, entre los círculos verde y negro está la región T, debajo del círculo verde está la región R interior región y la singularidad.

Por estas razones, es imposible calcular y construir una trayectoria única de una partícula que cruce un agujero blanco y negro en ambos universos a la vez. Para tal construcción, es necesario dividir la trayectoria deseada en dos secciones y "coser" estas secciones en la región R interna (solo allí se puede hacer esto) - ver Figura 7.

Como he escrito antes, las fuerzas de marea pueden destrozar la materia antes de que llegue a otro universo. Además, dentro de un agujero blanco y negro, las fuerzas de marea máximas se alcanzan en el punto de radio mínimo (en la región R interior). Cuanto más se acerquen las propiedades de un agujero negro real a las de Schwarzschild, mayores serán estas fuerzas en su máximo y menos posibilidades tendrá la materia de superar el agujero blanco y negro sin destrucción.

Estas propiedades de los agujeros negros reales están determinadas por la medida de su rotación (esta es su momento angular, dividido por el cuadrado de su masa) y una medida de su carga (esta es su carga dividida por su masa). Cada una de estas propiedades (estas medidas) no puede ser mayor que uno para los agujeros negros reales. Por lo tanto, cuanto más aumente cualquiera de estas medidas a la unidad, menos fuerzas de marea estarán en su máximo en dicho agujero negro, y más más posibilidades para que la materia (o una persona) supere ese agujero blanco y negro sin destrucción. Además, por paradójico que parezca, cuanto más pesado sea el agujero negro real, ¡menos fuerzas de marea alcanzarán su máximo!

Esto sucede porque las fuerzas de marea no son sólo fuerzas gravitacionales, sino un gradiente de fuerza gravitacional (es decir, la tasa de cambio de la fuerza gravitacional). Por lo tanto, cuanto más grande es el agujero negro, más lentamente cambian las fuerzas gravitacionales en él (a pesar de que las fuerzas gravitacionales en sí mismas pueden ser enormes). Por lo tanto, el gradiente gravitacional (es decir, las fuerzas de marea) será menor en los agujeros negros más grandes.

Por ejemplo, para un agujero negro con una masa de varios millones de masas solares (en el centro de nuestra galaxia hay un agujero negro con una masa de ≈ 4,3 millones de masas solares), las fuerzas de marea en su horizonte son lo suficientemente pequeñas para que una persona volar allí y, al mismo tiempo, nada que no hubiera sentido en el momento en que pasó por el horizonte. Y en el Universo también hay agujeros negros mucho más pesados, con una masa de varios miles de millones de masas solares (como, por ejemplo, en el cuásar M87) ... Explicaré que los cuásares son núcleos activos (brillantes) de galaxias distantes. .

Dado que, como escribí, la materia o la luz todavía pueden volar de un universo a otro a través de un agujero blanco y negro sin destrucción, estos objetos pueden llamarse con razón otro tipo de agujero de gusano sin materia fantasma. Además, ¡la existencia de este tipo particular de agujeros de gusano dinámicos en el Universo puede considerarse prácticamente probada!

Video original del autor (de su publicación), que ilustra la caída radial libre de una esfera de polvo en un agujero blanco y negro (todas las partículas de polvo en la esfera brillan en verde monocromático). El radio del horizonte de Cauchy de este agujero blanco y negro de Reissner-Nordström es 2 veces menor que el radio horizonte exterior. El observador también cae libre y radialmente (siguiendo esta esfera), pero desde una distancia ligeramente mayor.

En este caso, los fotones inicialmente verdes de las partículas de polvo de la esfera llegan al observador de color rojo (y luego violeta). desplazamiento gravitacional. Si el observador permaneciera inmóvil con respecto al agujero blanco y negro, luego de que la esfera cruzara el horizonte de visibilidad, el corrimiento de los fotones hacia el rojo para el observador se volvería infinito y ya no podría observar esta esfera de polvo. Pero gracias caida libre observador, puede ver la esfera todo el tiempo (si no tenemos en cuenta el fuerte desplazamiento de los fotones al rojo), incl. y los momentos en que la esfera cruza ambos horizontes, y mientras el propio observador cruza estos horizontes, e incluso después de que la esfera pasa por el cuello de este dinámico agujero de gusano (agujero blanco y negro), y la salida de partículas de polvo a otro universo. .

A continuación se muestra una escala de radio para el observador (marcada con una marca amarilla), el punto de la capa de polvo más cercano al observador (marcado con una marca verde), el punto de la capa de polvo que está más alejado del observador desde donde salen los fotones. llegar al observador (marcado con una fina marca blanca), así como la ubicación del horizonte agujero negro(marca roja), horizonte de Cauchy (marca azul) y punto de garganta (marca violeta).

12.Multiverso

El concepto de Multiverso suele identificarse con la topología no trivial del espacio que nos rodea. Además, a diferencia del concepto de "multiverso" en la física cuántica, significan bastante Gran escala espacios donde efectos cuánticos puede descuidarse por completo. ¿Qué es una topología no trivial? Te lo explicaré en ejemplos simples. Imaginemos dos objetos moldeados con plastilina: una taza normal con asa y un platillo para esta taza.

Sin romper la plastilina y sin pegar las superficies, sino sólo mediante la deformación plástica de la plastilina, un platillo se puede convertir en una bola, pero de ninguna manera es posible convertirlo en una taza o un donut. En el caso de una taza ocurre al revés: gracias a su asa, la taza no se puede convertir en un platillo ni en una bola, pero sí en un donut. Estos propiedades generales Los platillos y las bolas corresponden a su topología general: la topología de una esfera y las propiedades generales de una taza y un donut: la topología de un toro.

Así, la topología de una esfera (platillo y bola) se considera trivial, y la topología más compleja de un toro (taza y donut) se considera no trivial, aunque hay otras, aún más tipos complejos topología no trivial, no solo la topología del toro. El Universo que nos rodea consta de al menos tres dimensiones espaciales (largo, ancho, alto) y una temporal, y los conceptos de topología obviamente se transfieren a nuestro mundo.

Por lo tanto, si dos universos diferentes con topología de esfera están conectados por un solo agujero de gusano (pesa), entonces el universo resultante también tendrá una topología trivial de esfera. Pero si dos partes diferentes de un universo están conectadas entre sí por un agujero de gusano (peso), entonces dicho universo tendrá una topología de toro no trivial.

Si dos universos diferentes con topología de esfera están conectados por dos o más agujeros de gusano, entonces el universo resultante tendrá una topología no trivial. Un sistema de universos conectados por varios agujeros de gusano también tendrá una topología no trivial si hay al menos una línea cerrada que no puede unirse hasta un punto mediante ninguna deformación suave.

A pesar de su atractivo, los agujeros de gusano tienen dos inconvenientes importantes: son inestables y su existencia requiere la presencia de materia exótica (o fantasma). Y si su estabilidad aún puede realizarse artificialmente, entonces muchos científicos simplemente no creen en la posibilidad de la existencia de materia fantasma. Con base en lo anterior, puede parecer que sin agujeros de gusano la existencia del Multiverso es imposible. Pero resulta que no es así: la existencia de agujeros negros reales es suficiente para la existencia del Multiverso.

Como ya dije, dentro de todos los agujeros negros hay una singularidad: es un área en la que la densidad de energía y materia alcanza valores infinitos. En casi todos los agujeros negros, la singularidad repele la materia (y la luz) cuando se acerca demasiado a él (ya por debajo del horizonte del agujero negro).

La única excepción a este fenómeno podrían ser los llamados agujeros negros de Schwarzschild, es decir, aquellos que no giran en absoluto y que no tienen carga eléctrica. Un agujero negro de Schwarzschild tiene una topología trivial. Pero para la formación de tal agujero negro de Schwarzschild, la materia que lo forma requiere tales condiciones iniciales, ¡cuya medida es cero en el conjunto de todas las condiciones iniciales posibles!

En otras palabras, cuando se forma cualquier agujero negro, definitivamente tendrá rotación (aunque sea muy pequeña) y definitivamente habrá una carga eléctrica (aunque sea elemental), es decir, el agujero negro no será Schwarzschild. Yo llamo reales a esos agujeros negros.

Un agujero negro de Schwarzschild tiene una singularidad dentro de una esfera central de área infinitesimal. Un agujero negro real tiene una singularidad en un anillo que se encuentra en el plano ecuatorial bajo ambos horizontes del agujero negro. Vale la pena añadir aquí que, a diferencia del agujero negro de Schwarzschild, un agujero negro real no tiene uno, sino dos horizontes. Y entre estos horizontes signos matemáticos el espacio y el tiempo cambian de lugar (aunque esto no significa que el espacio y el tiempo mismos cambien de lugar, como creen algunos científicos).

¿Qué pasará con una partícula que es repelida por una singularidad dentro de un agujero negro real (ya debajo de su horizonte interior)? La partícula ya no podrá regresar: esto contradeciría las leyes de la física y la causalidad en un agujero negro, ya que la partícula ya ha caído bajo el horizonte de sucesos. Esto lleva al hecho de que después de caer bajo el horizonte interior de un agujero negro real, cualquier materia, partículas o luz son arrojadas por la singularidad a otro universo.

Esto se debe a que, a diferencia de los agujeros negros de Schwarzschild, la topología dentro de los agujeros negros reales resulta no trivial. ¿No es asombroso? Incluso una ligera rotación de un agujero negro provoca cambio radical propiedades de su topología! En el universo, por donde luego sale la materia, hay un agujero blanco: todo sale volando. Pero todos los milagros no terminan ahí... El caso es que en el mismo lugar del espacio donde está este agujero blanco, en otro universo, también hay un agujero negro. La materia que cae en ese agujero negro en otro universo sufre un proceso similar y sale volando hacia el siguiente universo, y así sucesivamente.

Además, el movimiento de un universo a otro siempre es posible sólo en una dirección: del pasado al futuro (en el espacio-tiempo). Esta dirección está asociada con la relación causa-efecto entre eventos en cualquier espacio-tiempo. En virtud de la lógica y el sentido común, los científicos suponen que la relación causa-efecto nunca debe romperse. A un objeto de este tipo se le suele llamar agujero blanco y negro (en este sentido, un agujero de gusano podría llamarse agujero blanco-blanco). Este es el Multiverso, que existe gracias a la existencia de agujeros negros reales, y la existencia de agujeros de gusano y materia fantasma no es necesaria para su existencia.

Supongo que para la mayoría de los lectores será difícil imaginar que en la misma región del espacio (dentro de la misma esfera que tiene el radio del horizonte de un agujero negro) habría dos objetos fundamentalmente diferentes: un agujero negro y un agujero blanco. Pero matemáticamente esto puede demostrarse de forma bastante estricta.

Invito al lector a imaginar un modelo sencillo: la entrada (y salida) de un edificio con una puerta giratoria. Esta puerta sólo puede girar en una dirección. Dentro del edificio, la entrada y la salida cerca de esta puerta están separadas por torniquetes, lo que permite a los visitantes pasar en una sola dirección (entrada o salida), pero fuera del edificio no hay torniquetes. Imaginemos que dentro del edificio estos torniquetes dividen todo el edificio en 2 partes: el universo No. 1 para salir del edificio y el universo No. 3 para entrar, y afuera del edificio está el universo No. 2, en el que tú y Yo vivo. En el interior del edificio, los torniquetes también permiten el movimiento sólo en la dirección del nº 1 al nº 3. Semejante modelo sencillo ilustra bien el efecto de un agujero en blanco y negro y explica que fuera del edificio, los visitantes que entran y salen pueden chocar entre sí, pero dentro del edificio no pueden debido a la unidireccionalidad del movimiento (al igual que las partículas de materia en el correspondiente universos).

De hecho, los fenómenos que acompañan a la materia durante tal expulsión a otro universo son bastante procesos complejos. El papel principal en ellos comienza a desempeñarlo las fuerzas de marea gravitacionales, sobre las cuales escribí anteriormente. Sin embargo, si la materia que entra en el agujero negro no alcanza la singularidad, entonces las fuerzas de marea que actúan sobre él siempre son finitas y, por lo tanto, resulta fundamentalmente posible que un robot (o incluso una persona) lo atraviese. un agujero blanco y negro sin dañarlo. Además, cuanto más grande y masivo sea el agujero negro, menores serán las fuerzas de marea en su máximo...

El lector puede tener una pregunta lógica: ¿habrá necesariamente un agujero blanco en nuestro Universo donde ya hay un agujero negro, y desde donde la materia del Universo anterior podría llegar hasta nosotros? Para los expertos en topología de agujeros negros, ésta es una pregunta difícil y la respuesta es “no siempre”. Pero, en principio, tal situación puede existir, cuando un agujero negro en nuestro Universo sea también un agujero blanco de otro universo anterior. Responda la pregunta "¿Qué situación es más probable?" (si el agujero negro de nuestro Universo es también un agujero blanco del Universo anterior o no), lamentablemente todavía no podemos.

Por supuesto, hoy y en un futuro próximo no será técnicamente posible enviar ni siquiera un robot a un agujero negro, pero algunos Efectos físicos y los fenómenos característicos de los agujeros de gusano y los agujeros blancos y negros tienen propiedades tan únicas que hoy astronomía observacional estuvo cerca de su detección y, como consecuencia, del descubrimiento de tales objetos.

13.Cómo debería verse un agujero de gusano a través de un potente telescopio

Como ya escribí, si un agujero de gusano es intransitable, será muy difícil distinguirlo de un agujero negro. Pero si es transitable, a través de él podrás observar objetos y estrellas en otro universo.

Figura 9. (dibujo original del autor)
El panel de la izquierda muestra una sección del cielo estrellado observado a través de un agujero circular en el mismo universo (1 millón de estrellas idénticas, distribuidas uniformemente). El panel central muestra el cielo estrellado de otro universo, visto a través de un agujero de gusano estático (1 millón de imágenes diferentes de 210.069 estrellas idénticas y distribuidas uniformemente en otro universo). El panel derecho muestra el cielo estrellado de otro universo visto a través de un agujero en blanco y negro (1 millón de imágenes diferentes de 58.892 estrellas idénticas y distribuidas uniformemente en otro universo).

Consideremos el modelo más simple (hipotético) del cielo estrellado: hay bastantes estrellas idénticas, y todas estas estrellas están distribuidas uniformemente por la esfera celeste. Entonces la imagen de este cielo, observada a través de un agujero circular en el mismo universo, será como se muestra en el panel izquierdo de la Figura 9. Este panel izquierdo muestra 1 millón de estrellas idénticas y espaciadas uniformemente, por lo que la imagen parece ser una mancha circular casi uniforme.

Si observamos el mismo cielo estrellado (en otro universo) a través del cuello de un agujero de gusano (de nuestro universo), entonces la imagen de las imágenes de estas estrellas se verá aproximadamente como se muestra en

Los astrofísicos están seguros: existen túneles en el espacio a través de los cuales se puede pasar a otros Universos e incluso a otras épocas. Presumiblemente, se formaron cuando el Universo apenas comenzaba. Cuando, como dicen los científicos, el espacio “hirvió” y se curvó.

A estas “máquinas del tiempo” cósmicas se les dio el nombre de “agujeros de gusano”. Un "agujero" se diferencia de un agujero negro en que no sólo puedes llegar allí, sino también regresar. La máquina del tiempo existe. Y esto ya no es una afirmación de escritores de ciencia ficción: cuatro fórmulas matemáticas, que hasta ahora demuestran en teoría que es posible avanzar tanto hacia el futuro como hacia el pasado.

Y modelo de computadora. Así es aproximadamente como debería verse una “máquina del tiempo” en el espacio: dos agujeros en el espacio y el tiempo conectados por un corredor.

"EN en este caso Estamos hablando de objetos muy inusuales que fueron descubiertos en la teoría de Einstein. Según esta teoría, en un campo muy intenso el espacio se curva y el tiempo se tuerce o se ralentiza, propiedades fantásticas”, explica Ígor Nóvikov, subdirector del Centro Astroespacial del Instituto de Física Lebedev.

Semejante objetos inusuales los científicos los llamaron "agujeros de gusano". Esto no es en absoluto una invención humana; hasta ahora sólo la naturaleza es capaz de crear una máquina del tiempo. Hoy en día, los astrofísicos sólo han demostrado hipotéticamente la existencia de "agujeros de gusano" en el Universo. Es cuestión de práctica.

Encontrar agujeros de gusano es una de las principales tareas. astronomía moderna. “Empezaron a hablar de agujeros negros a finales de los años 60, y cuando hicieron estos informes, parecía ciencia ficción. A todos les parecía que esto era pura fantasía; ahora está en boca de todos”, dice Anatoly Cherepashchuk, director del Instituto Astronómico de la Universidad Estatal de Moscú que lleva el nombre de Sternberg. - Así que ahora los "agujeros de gusano" también son ciencia ficción, sin embargo la teoría predice que los "agujeros de gusano" existen. Soy optimista y creo que algún día también se abrirán los agujeros de gusano”.

Los "agujeros de gusano" pertenecen a esto fenómeno misterioso Cómo " energía oscura", que constituye el 70 por ciento del universo. “Ahora se ha descubierto la energía oscura: es un vacío que tiene presión negativa. Y, en principio, los “agujeros de gusano” podrían formarse a partir del vacío”, sugiere Anatoly Cherepashchuk. Uno de los hábitats de los "agujeros de gusano" son los centros de las galaxias. Pero lo principal aquí es no confundirlos con los agujeros negros, objetos enormes que también se encuentran en el centro de las galaxias.

Su masa es de miles de millones de nuestros soles. Además, los agujeros negros tienen la fuerza más poderosa atracción. Es tan grande que ni siquiera la luz puede escapar de allí, por lo que es imposible verlos con un telescopio normal. La fuerza gravitacional de los agujeros de gusano también es enorme, pero si miras dentro del agujero de gusano, puedes ver la luz del pasado.

“En el centro de las galaxias, en sus núcleos, hay objetos muy compactos, son agujeros negros, pero se supone que algunos de estos agujeros negros no son agujeros negros en absoluto, sino entradas a estos “agujeros de gusano”, dice Igor Novikov. . Hoy en día se han descubierto más de trescientos agujeros negros.

De la Tierra al centro de nuestra galaxia vía Láctea 25 mil años luz. Si resulta que este agujero negro es un “agujero de gusano”, un corredor para viajar en el tiempo, la humanidad tendrá que volar y volar hacia él.

Un agujero de gusano o agujero de gusano, en teoría, es una intersección del tiempo y el espacio que reduce significativamente el tiempo de los viajes de larga distancia por todo el universo. El concepto de “agujero de gusano” nació gracias a la teoría general de la relatividad. Los agujeros de gusano aún no han sido estudiados y conllevan un peligro colosal en forma de contactos repentinos con materia inexplorada, alta radiación y otros colapsos desconocidos.

Teoría del agujero de gusano

En 1935, los físicos y Nathan Rosen descubrieron la teoría. relatividad general, que sugería la existencia de “puentes” a través del espacio y el tiempo. Estos caminos se denominan “puentes Einstein-Rosen” o agujeros de gusano. Estos puentes conectan dos puntos diferentes en el tiempo y el espacio, creando teóricamente un camino que reduce el tiempo y la distancia de viaje.

En teoría, contiene dos agujeros, que luego se conectan. Lo más probable es que los comienzos de estos agujeros sean esféricos. Luego avanzan hacia un tramo recto, aunque es posible que forme un círculo, proporcionando al viajero un camino más largo que la ruta tradicional.

La teoría de la relatividad general de Einstein sugiere matemáticamente la existencia de agujeros de gusano, pero hasta la fecha los astrofísicos no han descubierto ninguno. Lo único que sugiere la presencia de CN es la masa negativa, que puede detectarse por la forma en que su gravedad afecta a la luz que pasa.

Algunas de las afirmaciones de la teoría general de la relatividad permiten la existencia de agujeros de gusano, algunos de los cuales están formados por agujeros negros. Es cierto que, por su naturaleza, un agujero negro que surge durante una explosión. estrella moribunda, por sí solo no puede crear un agujero de gusano.

La ciencia ficción está repleta de historias de viajes a través de agujeros de gusano. Pero la realidad real de tal viaje todavía no parece real.

El primer problema es el tamaño de los agujeros de gusano. Los agujeros de gusano convencionales, según los científicos, tienen un tamaño de 10 a 33 centímetros. Sin embargo, a medida que el Universo se expande, es posible que algunos de ellos se estiren hasta alcanzar tamaños mayores.

Otro problema para los viajeros proviene de la estabilidad inexplorada del agujero de gusano. La investigación de Einstein-Rosen fue simplemente inútil para los viajes prácticos. Pero investigaciones más recientes han demostrado que un agujero de gusano que contenga "materia exótica" podría permanecer abierto a la exploración y permanecer sin cambios durante años. periodos largos tiempo.

Materia exótica que es diferente de materia oscura o antimateria, contiene densidad de energía negativa, así como presión negativa.

Si el agujero de gusano (agujero de gusano) contiene una cantidad suficiente de materia exótica, ya sea origen natural o material desarrollado artificialmente; en teoría, podría usarse como una forma de enviar información o viajeros a través del espacio.

Los agujeros de gusano no sólo pueden conectar dos regiones separadas del universo, sino que también pueden conectar dos galaxias diferentes. Curiosamente, algunos científicos sugieren que si una entrada al KN se mueve en un cierto orden aprendido, esto puede permitir posteriormente que se produzca el viaje. A pesar de esto, el astrofísico y cosmólogo británico Stephen Hawking sostiene que todavía no es posible utilizar CN para viajar.

"En realidad, un agujero de gusano no permite viajar en el tiempo", escribió el científico de la NASA Eric Christian.

La humanidad explora el mundo que nos rodea a una velocidad sin precedentes, la tecnología no se detiene y los científicos exploran con sus mentes agudas. el mundo. Sin duda, el espacio puede considerarse el ámbito más misterioso y poco estudiado. Este es un mundo lleno de misterios que no se pueden entender sin recurrir a teorías y ficción. Un mundo de misterios que van mucho más allá de nuestra comprensión.

El espacio es misterioso. Guarda sus secretos con cuidado, ocultándolos bajo el velo del conocimiento inaccesible a la mente humana. La humanidad todavía está demasiado indefensa para conquistar el Espacio, como el ya conquistado mundo de la Biología o la Química. Lo único que actualmente es accesible al hombre son teorías, de las cuales existen innumerables.

Uno de mayores misterios Universo - Agujeros de gusano.

Agujeros de gusano en el espacio

Entonces, un agujero de gusano (“Puente”, “Agujero de gusano”) es una característica de la interacción de dos componentes fundamentales del universo: el espacio y el tiempo y, en particular, su curvatura.

[El concepto de “agujero de gusano” en física fue introducido por primera vez por John Wheeler, autor de la teoría de la “carga sin carga”]

La peculiar curvatura de estos dos componentes permite superar distancias colosales sin perder una enorme cantidad de tiempo. Para comprender mejor el principio de funcionamiento de tal fenómeno, vale la pena recordar a Alicia de A través del espejo. El espejo de la niña desempeñaba el papel del llamado agujero de gusano: Alice podía, con solo tocar el espejo, encontrarse instantáneamente en otro lugar (y si tenemos en cuenta la escala del espacio, en otro universo).

La idea de la existencia de agujeros de gusano no es sólo una extraña invención de los escritores de ciencia ficción. En 1935, Albert Einstein fue coautor de trabajos que demostraban la posibilidad de los llamados "puentes". Aunque la Teoría de la Relatividad lo permite, los astrónomos aún no han podido detectar ni un solo agujero de gusano (otro nombre para un agujero de gusano).

El principal problema de la detección es que, por su naturaleza, el agujero de gusano absorbe absolutamente todo, incluida la radiación. Y no “deja salir” nada. Lo único que puede decirnos la ubicación del “puente” es el gas, que, cuando ingresa al Agujero de Gusano, continúa emitiendo radiación de rayos X, a diferencia de cuando ingresa al Agujero Negro. Recientemente se descubrió un comportamiento similar del gas en cierto objeto Sagitario A, lo que lleva a los científicos a creer que hay un agujero de gusano en sus proximidades.

Entonces, ¿es posible viajar a través de agujeros de gusano? De hecho, aquí hay más fantasía que realidad. Incluso si asumimos teóricamente que se descubrirá un agujero de gusano en un futuro próximo, la ciencia moderna se enfrentaría a muchos problemas que aún no es capaz de afrontar.

La primera piedra en el camino para dominar el agujero de gusano será su tamaño. Según los teóricos, las primeras madrigueras medían menos de un metro. Y sólo basándonos en la teoría de un universo en expansión podemos suponer que los agujeros de gusano aumentaron junto con el universo. Esto significa que siguen aumentando.

El segundo problema en el camino de la ciencia será la inestabilidad de los agujeros de gusano. La capacidad del “puente” de colapsar, es decir, de “cerrarse de golpe”, niega la posibilidad de utilizarlo o incluso estudiarlo. De hecho, la vida útil de un agujero de gusano puede ser de décimas de segundo.

Entonces, ¿qué pasará si descartamos todas las "piedras" e imaginamos que, sin embargo, una persona atravesó el agujero de gusano? A pesar de la ficción que habla de la posibilidad de regresar al pasado, sigue siendo imposible. El tiempo es irreversible. Se mueve en una sola dirección y no puede retroceder. Es decir, "verse joven" (como lo hizo, por ejemplo, el héroe de la película "Interstellar") no funcionará. Este escenario está custodiado por la teoría de la causalidad, inquebrantable y fundamental. Transferir “uno mismo” al pasado implica la capacidad del héroe del viaje de cambiarlo (el pasado). Por ejemplo, suicidarte, evitando así viajar al pasado. Esto significa que no hay posibilidad de estar en el futuro, de donde vino el héroe.

La ciencia

La película visualmente impactante recientemente estrenada Inresttellar se basa en conceptos científicos reales como Agujeros negros giratorios, agujeros de gusano y dilatación del tiempo..

Pero si no estás familiarizado con estos conceptos, es posible que te sientas un poco confundido mientras miras.

En la película, un equipo de exploradores espaciales va a viaje extragaláctico a través de un agujero de gusano. Del otro lado se encuentran en otro sistema solar con un agujero negro giratorio en lugar de una estrella.

Están en una carrera contra el espacio y el tiempo para completar su misión. Este tipo de viaje espacial puede parecer un poco confuso, pero se basa en principios básicos de la física.

Aquí están los principales. 5 conceptos de física Cosas que necesitas saber para entender Interstellar:

gravedad artificial

Mayoría gran problema, que los humanos enfrentamos durante largos períodos de tiempo viaje espacial, es ingravidez. Nacimos en la Tierra y nuestro cuerpo se ha adaptado a determinadas condiciones gravitacionales, pero cuando estamos en el espacio largo tiempo, nuestros músculos comienzan a debilitarse.

Los héroes de la película Interstellar también enfrentan este problema.

Para hacer frente a esto, los científicos están creando gravedad artificial en naves espaciales. Una forma de hacerlo es hacer girar la nave espacial, como en la película. La rotación crea fuerza centrífuga, que empuja objetos hacia las paredes exteriores del barco. Esta repulsión es similar a la gravedad, sólo que en la dirección opuesta.

Esta es una forma de gravedad artificial que experimentas cuando conduces por una curva de radio pequeño y sientes como si te empujaran hacia afuera, lejos del punto central de la curva. en una rotación astronave las paredes se convierten en el suelo para ti.

Agujero negro giratorio en el espacio

Los astrónomos, aunque indirectamente, han observado en nuestro Universo agujeros negros giratorios. Nadie sabe qué hay en el centro de un agujero negro, pero los científicos le tienen un nombre:singularidad .

Los agujeros negros en rotación distorsionan el espacio que los rodea de manera diferente a los agujeros negros estacionarios.

Este proceso de distorsión se llama "arrastre". sistemas inerciales referencia" o el efecto Lense-Thirring, y afecta la apariencia del agujero negro al distorsionar el espacio y, lo que es más importante, el espacio-tiempo que lo rodea. El agujero negro que ves en la película es bastantemuy cerca del concepto científico.

• La nave espacial Endurance se dirige hacia Gargantúa - agujero negro supermasivo ficticio 100 millones de veces la masa del Sol.
• Se encuentra a 10 mil millones de años luz de la Tierra y tiene varios planetas orbitando alrededor de ella. Gargantúa gira a un sorprendente 99,8 por ciento de la velocidad de la luz.
• El disco de acreción de Garagantua contiene gas y polvo con la temperatura de la superficie del Sol. El disco suministra luz y calor a los planetas Gargantúa.

La apariencia compleja del agujero negro en la película se debe al hecho de que la imagen del disco de acreción está distorsionada por las lentes gravitacionales. En la imagen aparecen dos arcos: uno formado encima del agujero negro y el otro debajo de él.

Agujero de topo

El agujero de gusano o agujero de gusano utilizado por el equipo de Interstellar es uno de los fenómenos de la película que cuya existencia no ha sido probada. Es hipotético, pero muy conveniente en las tramas de historias de ciencia ficción, donde es necesario superar una gran distancia espacial.

Simplemente los agujeros de gusano son una especie de camino más corto a través del espacio. Cualquier objeto con masa crea un agujero en el espacio, lo que significa que el espacio puede estirarse, deformarse e incluso doblarse.

Un agujero de gusano es como un pliegue en el tejido del espacio (y del tiempo) que conecta dos regiones muy distantes, lo que ayuda a los viajeros espaciales. superar larga distancia En un corto periodo de tiempo.

El nombre oficial de un agujero de gusano es “puente Einstein-Rosen”, como lo propusieron por primera vez Albert Einstein y su colega Nathan Rosen en 1935.

• En los diagramas 2D, la boca de un agujero de gusano se muestra como un círculo. Sin embargo, si pudiéramos ver el agujero de gusano, parecería una esfera.
• En la superficie de la esfera se vería una visión distorsionada gravitacionalmente del espacio al otro lado del “agujero”.
• Las dimensiones del agujero de gusano en la película: 2 km de diámetro y la distancia de transferencia es de 10 mil millones de años luz.

Dilatación del tiempo gravitacional

La dilatación del tiempo gravitacional es fenómeno real observado en la Tierra. Surge porque el tiempo es relativo. Esto significa que fluye de manera diferente para varios sistemas coordenadas

Cuando estás en un ambiente gravitacional fuerte, el tiempo pasa más lento para ti en comparación con las personas en un entorno gravitacional débil.