- Sergejus Vladilenovičius, kas yra kirmgrauža?
Labai griežto apibrėžimo nėra. Tokių apibrėžimų reikia, kai įrodinėji kai kurias teoremas, tačiau griežtų teoremų beveik nėra, todėl dažniausiai apsiribojama vaizdinėmis sąvokomis ir paveikslėliais. Įsivaizduokite, kad mes ištraukėme kamuolį iš savo trimatės erdvės viename kambaryje, o ištraukėme lygiai tokį patį rutulį kitame kambaryje ir suklijavome gautas šių skylių ribas. Taigi, kai vienoje patalpoje įžengsime į šį buvusį kamuoliuką, tapusį skylute, išlįsime į kitą patalpą – iš skylės, susidariusios kito kamuoliuko vietoje. Jei mūsų erdvė būtų ne trimatė, o dvimatė, ji atrodytų kaip popieriaus lapas, prie kurio priklijuotas rašiklis. Trimatis analogas ir jo raida laike vadinamas kirmgrauža.
– Kaip jie apskritai tiria kirmgraužas?
Tai grynai teorinė veikla. Niekas niekada nematė kirmgraužų ir apskritai nėra tikrumo, kad jos išvis egzistuoja. Jie pradėjo tyrinėti kirmgraužus, pradėdami nuo klausimo: ar gamtoje yra mechanizmų, kurie garantuotų, kad tokių urvų gamtoje negali būti? Šie mechanizmai nebuvo rasti, todėl galime manyti, kad kirmgraužos yra tikras reiškinys.
– Ar iš principo galima pamatyti kirmgraužą?
Žinoma. Jei užrakintame kambaryje žmogus staiga iššliaužia iš niekur, vadinasi, stebite kirmgraužą. Kirmgraužas, kaip tyrimo objektą, išrado ir propagavo amerikiečių fizikas teoretikas Johnas Wheeleris, kuris su jų pagalba norėjo paaiškinti, nei daugiau, nei mažiau, elektros krūvius. Leisk man paaiškinti. Apibūdinti laisvąjį elektrinį lauką teorinės fizikos požiūriu nėra labai sunkus uždavinys. Tačiau apibūdinti elektros krūvį tuo pačiu požiūriu yra labai sunku. Elektros krūvis šia prasme pasirodo kaip labai paslaptingas dalykas: kažkokia, nuo lauko atskirta, neaiškios kilmės substancija, ir neaišku, kaip su ja elgtis klasikinėje fizikoje. Wheelerio idėja buvo tokia. Tarkime, kad turime mikroskopinę kirmgraužą, į kurią prasiskverbia jėgos linijos – šios linijos į ją įeina iš vieno galo, o išeina iš kito. Išorinis stebėtojas, nežinantis, kad šie du galai yra sujungti jėgos linijomis, tokį objektą suvoks kaip paprastą sferą erdvėje, ištirs jį supantį lauką ir jis atrodys kaip taškinio krūvio laukas. Tik stebėtojas manys, kad tai kažkokia paslaptinga medžiaga, turinti užtaisą ir pan., ir viskas dėl to, kad jis nežino, kad iš tikrųjų tai yra kirmgrauža. Žinoma, tai labai elegantiška idėja, ir daugelis bandė ją plėtoti, bet jie nepasiekė didelės pažangos, nes elektronai juk yra kvantiniai objektai, ir, žinoma, niekas nežino, kaip apibūdinti kirmgraužas kvantuose. lygiu. Bet jei manysime, kad hipotezė yra teisinga, tada kirmgraužos yra daugiau nei kasdienis reiškinys, viskas, kas susiję su elektra, galiausiai priklausys nuo jų.
Egzotinė medžiaga yra klasikinė fizikos sąvoka, apibūdinanti bet kokią (dažniausiai hipotetinę) medžiagą, kuri pažeidžia vieną ar daugiau klasikinių sąlygų arba nesudaro žinomų barionų. Tokios medžiagos gali turėti tokias savybes kaip neigiamas energijos tankis arba gali būti atstumtos, o ne pritraukti dėl gravitacijos. Egzotiška medžiaga naudojama kai kuriose teorijose, pavyzdžiui, teorijoje apie kirmgraužų struktūrą. Geriausiai žinomas egzotiškos medžiagos pavyzdys yra vakuumas neigiamo slėgio srityje, kurį sukelia Kazimiero efektas.
– Kokie yra kirmgraužų tipai?
Teorinės kelionės požiūriu yra pravažiuojamos ir neįveikiamos kirmgraužos. Nepravažiuojami yra tie, per kuriuos praėjimas sunaikinamas, ir tai vyksta taip greitai, kad joks objektas tiesiog nespėja pereiti iš vieno galo į kitą. Žinoma, įdomiausia tyrinėti antrojo tipo kirmgraužus – pravažiuojamas. Yra net graži teorija, kuri sako: tai, ką mes anksčiau laikėme supermasyviomis juodosiomis skylėmis galaktikų centruose, iš tikrųjų yra kirmgraužų žiotys. Ši teorija beveik neišplėtota ir, žinoma, dar nerado jokio patvirtinimo, veikiau kaip savotiška idėja. Jo esmė ta, kad už kirmgraužos ribų matote tik tai, kad galaktikos centre yra tam tikras sferiškai simetriškas objektas, bet kas tai yra - kirmgrauža ar juodoji skylė - negalite pasakyti, nes esate už šio objekto ribų.
Tiesą sakant, juos galima atskirti tik pagal vieną parametrą – masę. Jei masė pasirodo neigiama, tai tikriausiai yra kirmgrauža, bet jei masė yra teigiama, reikia papildomos informacijos, nes juodoji skylė taip pat gali pasirodyti esanti kirmgrauža. Neigiama masė apskritai yra vienas iš centrinių visos istorijos su kirmgraužomis momentų. Nes tam, kad kirmgrauža būtų pravažiuojama, ji turi būti užpildyta vadinamąja egzotine medžiaga – medžiaga, kurioje bent jau vietomis, kai kuriuose taškuose energijos tankis yra neigiamas. Klasikiniu lygmeniu tokios medžiagos niekas dar nematė, bet mes tikrai žinome, kad iš esmės ji gali egzistuoti. Buvo užfiksuoti kvantiniai efektai, lemiantys tokios medžiagos atsiradimą. Tai gana gerai žinomas reiškinys ir vadinamas Kazimiero efektu. Jis buvo oficialiai įregistruotas. Ir tai susiję būtent su neigiamo energijos tankio egzistavimu, o tai labai įkvepia.
Kazimiero efektas yra efektas, susidedantis iš abipusio laidų neįkrautų kūnų traukos, veikiant kvantiniams svyravimams vakuume. Dažniausiai kalbame apie du lygiagrečius neįkrautus veidrodinius paviršius, esančius artimu atstumu, tačiau Kazimiero efektas egzistuoja ir sudėtingesnėse geometrijose. Poveikio priežastis – energijos svyravimai fiziniame vakuume dėl nuolatinio virtualių dalelių gimimo ir nykimo jame. Poveikį 1948 metais numatė olandų fizikas Hendrikas Kazimiras, o vėliau tai patvirtino eksperimentiškai.
Apskritai kvantiniame moksle neigiamas energijos tankis yra gana įprastas dalykas, kuris siejamas, pavyzdžiui, su Hokingo išgaravimu. Jei toks tankis egzistuoja, galime užduoti tokį klausimą: kokia yra juodosios skylės masė (jos sukuriamo gravitacinio lauko parametras)? Yra šios problemos sprendimas, taikomas juodosioms skylėms – tai yra teigiamos masės objektams, ir yra sprendimas, taikomas neigiamai masei. Jei kirmgraužoje yra daug egzotiškos medžiagos, tada šio objekto masė lauke bus neigiama. Todėl vienas iš pagrindinių kirmgraužų „stebėjimo“ tipų yra objektų, kurių masė gali būti laikoma neigiama, sekimas. Ir jei rasime tokį objektą, tada su gana didele tikimybe galime pasakyti, kad tai yra kirmgrauža.
Kirmgraužos taip pat skirstomos į vidines ir tarppasaulines. Jei sunaikinsime tunelį tarp dviejų antrojo tipo skylių žiočių, galėsime pamatyti dvi visiškai nesusijusias visatas. Tokia kirmgrauža vadinama tarppasauline. Bet jei darome tą patį ir matome, kad viskas gerai – liekame toje pačioje Visatoje – tada prieš mus yra vidinė kirmgrauža. Šie du kirmgraužų tipai turi daug bendro, tačiau yra ir svarbių skirtumų. Faktas yra tas, kad vidinė kirmgrauža, jei ji egzistuoja, linkusi virsti laiko mašina. Tiesą sakant, būtent šios prielaidos fone atsirado paskutinis susidomėjimo kirmgraužėmis antplūdis.
Menininko įspūdis apie kirmgraužą
©depositphotos.com
Intraworld kirmgraužos atveju yra du skirtingi būdai pažvelgti į savo kaimyną: tiesiai per tunelį arba žiedine sankryža. Jei pradėsite perkelti vieną kirmgraužos burną, palyginti su kita, tada, remiantis gerai žinomu dvynių paradoksu, antrasis žmogus, grįžęs iš kelionės, pasirodys jaunesnis už likusį. Kita vertus, kai žiūrite per tunelį, jūs abu sėdite nejudančiose laboratorijose, jūsų požiūriu, jums niekas nevyksta, jūsų laikrodžiai yra sinchronizuoti. Taigi jūs turite teorinę galimybę pasinerti į šį tunelį ir iškilti akimirką, kuri, išorinio stebėtojo požiūriu, yra anksčiau nei jūs nardėte. Atidėliojimas iki atitinkamo laipsnio suteiks galimybę tokiai žiedinei kelionei erdvėlaikiu, kai grįšite į pradinę išvykimo vietą ir paspausite ranką savo ankstesniam įsikūnijimui.
Dvynių paradoksas yra minties eksperimentas, kuriuo bandoma „įrodyti“ specialiosios reliatyvumo teorijos nenuoseklumą. Anot SRT, „stacionarių“ stebėtojų požiūriu, visi judančių objektų procesai sulėtėja. Kita vertus, reliatyvumo principas deklaruoja inercinių atskaitos sistemų lygybę. Tuo remiantis sukuriamas samprotavimas, kuris veda į akivaizdų prieštaravimą. Aiškumo dėlei nagrinėjama dviejų brolių dvynių istorija. Vienas iš jų (keliautojas) skrenda į kosminį skrydį, o antrasis (naminis kūnas) lieka Žemėje. Dažniausiai „paradoksas“ formuluojamas taip:
Sofos bulvytės požiūriu judantis keliautojo laikrodis yra sulėtintas, todėl jam grįžus jis turi atsilikti nuo sofos bulvytės laikrodžio. Kita vertus, Žemė judėjo keliautojo atžvilgiu, todėl sofos bulvės laikrodis turi atsilikti. Tiesą sakant, broliai turi lygias teises, todėl grįžus jų laikrodžiai turėtų rodyti tą patį laiką. Tačiau, SRT duomenimis, keliautojo laikrodis atsiliks. Šiame akivaizdžios brolių simetrijos pažeidime matomas prieštaravimas.
– Kuo esminis skirtumas tarp kirmgraužos ir juodosios skylės?
Visų pirma, reikia pasakyti, kad yra dviejų tipų juodosios skylės - tos, kurios susidarė dėl žvaigždžių griūties, ir tos, kurios egzistavo iš pradžių, atsirado kartu su pačios Visatos atsiradimu. Tai du iš esmės skirtingi juodųjų skylių tipai. Vienu metu buvo tokia sąvoka kaip „balta skylė“, tačiau dabar ji naudojama retai. Baltoji skylė yra ta pati juodoji skylė, bet laikui bėgant vystosi atgal. Materija tiesiog įskrenda į juodąją skylę, bet niekada negali iš ten ištrūkti. Atvirkščiai, materija tik išskrenda iš baltos skylės, bet patekti į ją niekaip neįmanoma. Tiesą sakant, tai labai natūralus dalykas, jei prisiminsime, kad Bendroji reliatyvumo teorija yra simetriška laike, vadinasi, jei yra juodųjų skylių, turi egzistuoti ir baltosios. Jų visuma yra kirmgrauža.
Juodoji skylė, kaip įsivaizduoja menininkas
©VICTOR HABBICK VISIONS/SPL/Getty
– Kas žinoma apie vidinę kirmgraužų sandarą?
Kol kas modeliai šia prasme tik kuriami. Viena vertus, žinome, kad šios egzotiškos materijos atsiradimas galėjo būti atrastas net eksperimentiškai, tačiau vis dar lieka daug klausimų. Vienintelis man žinomas kirmgraužos modelis, kuris daugiau ar mažiau atitinka tikrovę, yra iš pradžių išgaruojančios (nuo Visatos atsiradimo) kirmgraužos modelis. Dėl šio išgaravimo tokia skylė ilgai išlieka pravažiuojama.
– Ką konkrečiai dirbi?
Aš užsiimu grynai teorine veikla, tai, ką galima paprastai vadinti priežastine erdvėlaikio struktūra, yra klasikinė reliatyvumo teorija, kartais pusiau klasikinė (kvantinės teorijos, kaip žinoma, dar nėra).
Klasikinėje nereliatyvistinėje teorijoje galima pateikti gana įtikinamų įrodymų, kad kelionės laiku negali egzistuoti, tačiau bendrojoje reliatyvumo teorijoje tokių įrodymų nėra. Ir Einšteinas, kai tik kūrė savo teoriją, tai suprato. Jis svarstė, ar yra koks nors būdas atmesti šią galimybę. Tada jam nepavyko susidoroti su šia užduotimi, kaip vėliau sakė pats. Ir nors Einšteinas sukūrė kalbą šiam klausimui nagrinėti, užduotis liko akademinė. 1940-ųjų pabaigoje Gödelis pasiūlė kosmologinį modelį su tokiomis uždaromis kreivėmis. Bet kadangi Gödelis visada siūlydavo ką nors egzotiško, tai buvo vertinama su susidomėjimu, bet be rimtų mokslinių pasekmių. Ir tada, kažkur praėjusio amžiaus pabaigoje, daugiausia mokslinės fantastikos dėka, pavyzdžiui, filmo „Kontaktas“ su Jodie Foster, susidomėjimas kelionių laiku naudojant kirmgraužas tema vėl atgijo. Romano, pagal kurį parašytas filmo scenarijus, autorius yra labai garsus astronomas ir mokslo populiarintojas Carlas Saganas. Jis į šį reikalą žiūrėjo labai rimtai ir paprašė savo draugo, taip pat labai žinomo reliatyvisto Kipo Thorne'o, pasidomėti, ar viskas, kas aprašyta filme, įmanoma moksliniu požiūriu. Amerikiečių fizikos mokytojams skirtame žurnale jis paskelbė pusiau populiarų straipsnį „Kirmduobės kaip įrankis studijuojant bendrąją reliatyvumo teoriją“, kuriame svarstė galimybę keliauti laiku per kirmgraužas. Tačiau turiu pasakyti, kad tuo metu idėja keliauti per juodąsias skyles buvo populiari mokslinėje fantastikoje. Tačiau jis suprato, kad juodoji skylė yra absoliučiai nepravažiuojamas objektas – per jas keliauti neįmanoma, todėl kirmgraužas laikė galimybe keliauti laiku. Nors tai buvo žinoma anksčiau, kažkodėl žmonės jo išvadas suvokė kaip visiškai šviežią idėją ir puolė ją tirti. Be to, buvo akcentuojama prielaida, kad laiko mašina negali egzistuoti, tačiau jie nusprendė išsiaiškinti, kodėl. Ir gana greitai supratau, kad akivaizdžių prieštaravimų dėl tokios mašinos egzistavimo nėra. Nuo tada buvo pradėti platesni tyrimai ir atsirado teorijų. Apskritai aš tai darau nuo tada.
Kontaktas yra 1997 m. mokslinės fantastikos filmas. Režisierius: Robertas Zemeckis. Pagrindinis siužetas: Ellie Arroway (Judy Foster) visą savo gyvenimą paskyrė mokslui, ji tampa nežemiško intelekto paieškos projekto dalyve. Visi bandymai ieškoti nežemiškų signalų yra bevaisiai, o jos projekto ateičiai gresia pavojus. Ellie nenori rasti paramos, bet netikėtai sulaukia pagalbos iš ekscentriškojo milijardieriaus Hadeno. Ir štai rezultatas – Ellie paima signalą. Dekoduojant signalą matyti, kad jame yra techninio įrenginio aprašymas. Jo paskirtis neaiški, tačiau viduje yra vietos vienam žmogui.
Sukūrusi ir paleidusi įrenginį, Ellie leidžiasi į kelionę per kirmgraužų sistemą ir yra perkeliama, tikriausiai, į kitos žvaigždžių sistemos planetą. Pabudusi ten, ant jūros kranto, ji sutinka kitos civilizacijos atstovą, pasirinkusį jos velionio tėvo įvaizdį. Apsidairiusi aplink, herojė supranta, kad šią sritį jos mintyse atkūrė svetimas intelektas piešinio, kurį ji piešė vaikystėje, atvaizde. Ateivis jai pasakoja, kad prietaisas leidžia organizuoti tarpžvaigždinių ryšių maršrutų sistemą, o Žemė nuo šiol tampa Visatos civilizacijų bendruomenės nare.
Ellie grįžta į Žemę. Iš išorės stebėtojų požiūriu, po instaliacijos paleidimo jai nieko neatsitiko, o jos kūnas nepaliko mūsų planetos. Ellie atsiduria paradoksalioje situacijoje. Būdama mokslininkė, griežto mokslo požiūriu, ji niekaip negali patvirtinti savo žodžių. Aiškėja ir kita aplinkybė: kelionės metu prie Ellie pritvirtinta vaizdo kamera nieko neužfiksavo, tačiau tuščio įrašo trukmė buvo ne kelios sekundės, o 18 valandų...
– Ar įmanoma „padaryti“ kirmgraužą?
Šiuo klausimu yra griežtas mokslinis rezultatas. Taip yra dėl to, kad nėra tikslių apgamų skylių tyrimo rezultatų. Yra seniai įrodyta teorema, kuri taip sako. Yra toks dalykas kaip visuotinis hiperbolizmas. Šiuo atveju visiškai nesvarbu, ką tai reiškia, bet esmė ta, kad kol kas ir kadangi kosmosas globaliai yra hiperbolinis, neįmanoma sukurti kirmgraužos – ji gali egzistuoti gamtoje, bet tu nesugebėsi. pasigaminti patiems. Jei pavyks sutrikdyti visuotinį hiperbolizmą, galbūt pavyks sukurti kirmgraužą. Bet faktas yra tas, kad šis pažeidimas pats savaime yra toks egzotiškas dalykas, taip prastai ištirtas ir prastai suprantamas, kad šalutinis produktas kirmgraužos gimimo pavidalu jau yra palyginti mažas dalykas, palyginti su pačiu faktu, kad jums pavyko. pažeisti visuotinį hiperbolizmą. Čia veikia labai garsus dalykas, vadinamas „griežtos kosminės cenzūros principu“, kuris sako, kad erdvė visada yra globaliai hiperboliška. Bet tai iš principo yra ne kas kita, kaip noras. Nėra šio principo teisingumo įrodymų, tiesiog daugeliui žmonių būdingas tam tikras vidinis pasitikėjimas, kad erdvėlaikis turi būti globaliai hiperbolinis. Jei taip yra, kirmgraužos sukurti neįmanoma – reikia ieškoti jau esančios. Tuo tarpu rimtų abejonių dėl kosminės cenzūros principo teisingumo išreiškė pats autorius Rogeris Penrose'as, bet tai jau kita istorija.
– Vadinasi, kirmgraužos sukūrimas reikalauja rimtų energijos sąnaudų?
Labai sunku čia ką nors pasakyti. Bėda ta, kad kai pažeidžiamas tavo pasaulinis hiperboliškumas, pažeidžiamas ir nuspėjamumas – tai praktiškai tas pats. Galite kažkaip geometriškai pakeisti erdvę šalia savęs, pavyzdžiui, paimkite maišelį ir padėkite jį į kitą vietą. Tačiau yra tam tikros ribos, kuriomis galite tai padaryti, ypač nuspėjamumo nustatyta riba. Pavyzdžiui, kartais gali pasakyti, kas bus po 2 sekundžių, o kartais – ne. Tai, ką galite arba ko negalite numatyti, slypi globaliame hiperbolizme. Jei jūsų erdvėlaikis yra visuotinai hiperbolinis, galite numatyti jo evoliuciją. Jei darytume prielaidą, kad tam tikru momentu tai pažeidžia visuotinį hiperbolizmą, viskas pasidaro labai blogai dėl nuspėjamumo. Todėl atsiranda nuostabus dalykas, pavyzdžiui, toks, kad čia ir dabar gali materializuotis kirmgrauža, pro kurią iššoks liūtas. Tai bus egzotiškas reiškinys, bet nepažeis jokių fizikos dėsnių. Kita vertus, galite išleisti daug pastangų, pinigų ir išteklių, kad kažkaip palengvintumėte šį procesą. Bet rezultatas vis tiek bus tas pats - abiem atvejais jūs nežinote, ar kirmgrauža pasirodys, ar ne. Klasikinėje fizikoje nieko negalime padaryti - jei nori, tai atsiras, jei nenori, tai neatsiras kvantinis mokslas dar neduoda mums jokių užuominų šiuo klausimu.
„Kosminės cenzūros“ principą 1969 m. suformulavo Rogeris Penrose'as tokia vaizdine forma: „Gamta nekenčia nuogo singuliarumo“. Jame teigiama, kad erdvės ir laiko singuliarumai atsiranda vietose, kurios, kaip ir juodųjų skylių vidus, yra paslėptos nuo stebėtojų. Šis principas dar neįrodytas ir yra priežasčių abejoti jo absoliučiu teisingumu (pavyzdžiui, didelio kampinio momento dulkių debesies griūtis sukelia „nuogą singuliarumą“, tačiau nežinoma, ar šis Einšteino lygčių sprendimas yra teisingas). stabilus nedidelių pradinių duomenų perturbacijų atžvilgiu).
Penrose'o formuluotė (stipri kosminės cenzūros forma) daro prielaidą, kad erdvėlaikis kaip visuma yra globaliai hiperbolinis.
Vėliau Stephenas Hawkingas pasiūlė kitokią formuluotę (silpna kosminės cenzūros forma), kuri prisiima tik globalų „ateities“ erdvėlaikio komponento hiperboliškumą.
Mokslinėje fantastikoje kirmgraužos, arba kirmgraužos, yra metodas, dažnai naudojamas nukeliauti labai ilgus atstumus kosmose. Ar šie stebuklingi tiltai tikrai gali egzistuoti?
Kad ir kaip entuziastingai žvelgiu į žmonijos ateitį kosmose, yra viena akivaizdi problema. Mes esame minkšti mėsos maišeliai, daugiausia susidedantys iš vandens, o tie kiti yra taip toli nuo mūsų. Net ir turėdami optimistiškiausias kosminių skrydžių technologijas, galime įsivaizduoti, kad niekada nepasieksime kitos žvaigždės per laiką, prilygstantį žmogaus gyvenimo trukmei.
Realybė byloja, kad net arčiausiai mūsų esančios žvaigždės yra nesuvokiamai nutolusios, o kelionei prireiktų be galo daug energijos ar laiko. Tikrovė mums sako, kad mums reikia erdvėlaivio, kuris kažkaip galėtų skristi šimtus ar tūkstančius metų, kol jame gimsta astronautai, karta iš kartos, gyvena savo gyvenimą ir miršta skrisdami į kitą žvaigždę.
Kita vertus, mokslinė fantastika veda mus prie metodų, kaip sukurti patobulintus variklius. Įjunkite metmenų važiavimą ir stebėkite, kaip pro šalį blyksteli žvaigždės, todėl kelionė į Alfa Kentaurą bus tokia pat greita ir maloni, kaip plaukimas laivu kur nors jūroje.
Dar iš filmo „Tarpžvaigždinis“.
Ar žinote, kas dar paprasčiau? Sliekinė skylė; magiškas tunelis, jungiantis du erdvės ir laiko taškus. Tiesiog nustatykite tikslą, palaukite, kol žvaigždžių vartai stabilizuosis, ir tiesiog skriskite... skriskite per pusę galaktikos į tikslą.
Taip, tai tikrai šaunu! Kažkas turėjo sugalvoti šias kirmgraužas, atveriančias naują drąsią tarpgalaktinių kelionių ateitį. Kas yra kirmgraužos ir kaip greitai galiu jas panaudoti? Jūs klausiate...
Kirmgrauža, dar žinoma kaip Einšteino-Roseno tiltas, yra teorinis erdvės ir laiko sulenkimo būdas, kad galėtumėte sujungti du erdvės taškus. Tada galite akimirksniu perkelti iš vienos vietos į kitą.
Naudosime klasikinę demonstracinę versiją iš , kai ant popieriaus lapo nubrėžiate liniją tarp dviejų taškų, tada sulankstysite popierių ir įdėkite pieštuką į tuos du taškus, kad sutrumpintumėte kelią. Tai puikiai veikia ant popieriaus, bet ar tai tikra fizika?
Albertas Einšteinas, užfiksuotas 1953 m. Fotografas: Ruth Orkin.
Kaip mus mokė Einšteinas, gravitacija nėra jėga, traukianti materiją kaip magnetizmas, tai iš tikrųjų yra erdvės-laiko kreivumas. Mėnulis mano, kad jis tiesiog eina tiesia linija per erdvę, tačiau iš tikrųjų jis eina lenktu keliu, kurį sukuria Žemės gravitacija.
Taigi, anot fizikų Einsteino ir Nathano Roseno, erdvėlaikio rutulį galėtumėte sukti taip tankiai, kad du taškai būtų toje pačioje fizinėje vietoje. Jei pavyktų išlaikyti sliekų skylę stabilią, galėtumėte saugiai atskirti du erdvėlaikio regionus, kad jie būtų toje pačioje vietoje, bet būtų atskirti jums patinkančiu atstumu.
Vienoje kirmgraužos pusėje nusileidžiame gravitacija, o paskui žaibo greičiu pasirodome kitoje vietoje milijonų ir milijardų šviesmečių atstumu. Nors sukurti kirmgraužas teoriškai įmanoma, jos praktiškai neįmanomos iš to, ką dabar suprantame.
Pirmoji didelė problema yra ta, kad pagal Bendrąją reliatyvumo teoriją kirmgraužos yra neįveikiamos. Taigi turėkite tai omenyje, fizika, kuri numato šiuos dalykus, draudžia juos naudoti kaip transportavimo būdą. Tai jiems yra gana rimtas smūgis.
Meninė erdvėlaivio, judančio per kirmgraužą į tolimą galaktiką, iliustracija. Autorius: NASA
Antra, net jei būtų galima sukurti kirmgraužą, ji greičiausiai būtų nestabili ir užsidarytų iškart po sukūrimo. Jei bandytumėte pereiti į vieną jo galą, galite tiesiog nukristi.
Trečia, jei jie yra pravažiuojami ir įmanoma išlaikyti stabilius, kai pro juos bando prasiskverbti bet kokia materija – net šviesos fotonai – sugrius kirmgrauža.
Yra vilties, nes fizikai vis dar nesugalvojo, kaip sujungti gravitacijos ir kvantinės mechanikos teorijas. Tai reiškia, kad pati Visata gali žinoti kažką apie kirmgraužas, ko mes dar nesuprantame. Gali būti, kad jie buvo sukurti natūraliai, kai visos visatos erdvėlaikis buvo patrauktas į singuliarumą.
Astronomai pasiūlė ieškoti kirmgraužų erdvėje pažiūrėjus, kaip jų gravitacija iškreipia už jų esančių žvaigždžių šviesą. Dar niekas nepasirodė. Viena iš galimybių yra ta, kad kirmgraužos natūraliai atrodo kaip mūsų žinomos virtualios dalelės. Tik jie būtų nesuvokiamai maži, Plancko mastu. Jums reikės mažesnio erdvėlaivio.
Viena įdomiausių kirmgraužų pasekmių yra ta, kad jos taip pat gali leisti keliauti laiku. Štai kaip tai veikia. Pirmiausia laboratorijoje sukurkite kirmgraužą. Tada paimkite vieną jo galą, įdėkite į jį erdvėlaivį ir skriskite nemaža šviesos greičio dalimi, kad įsigaliotų laiko išsiplėtimo efektas.
Žmonėms erdvėlaivyje praeis tik keleri metai, o Žemėje praeis šimtai ar net tūkstančiai žmonių kartų. Darant prielaidą, kad kirmgrauža išliks stabili, atvira ir pravažiuojama, keliauti per ją būtų labai įdomu.
Jei eitumėte viena kryptimi, nuvažiuotumėte ne tik atstumą tarp kirmgraužų, bet ir judėtumėte laiku į priekį, o grįždami atgal: laiku.
Kai kurie fizikai, pavyzdžiui, Leonardas Susskindas, mano, kad tai neveiks, nes pažeistų du pagrindinius fizikos principus: energijos tvermės dėsnį ir Heisenbergo energijos ir laiko neapibrėžtumo principą.
Deja, atrodo, kad kirmgraužos artimoje ateityje, o gal ir amžinai, turės likti mokslinės fantastikos sferoje. Net jei būtų įmanoma sukurti kirmgraužą, turėtumėte išlaikyti ją stabilią, atvirą ir tada sugalvoti, kaip leisti materijai patekti į ją nesugriuvus. Vis dėlto, jei pavyktų tai išsiaiškinti, kelionės kosmose būtų labai patogios.
Straipsnio, kurį skaitote, pavadinimas "Kas yra kirmgraužos ar kirmgraužos?".
Mokslas
Neseniai išleistas vizualiai sulaikantis filmas „Inresttellar“ yra pagrįstas tikromis mokslinėmis koncepcijomis, tokiomis kaip besisukančios juodosios skylės, kirmgraužos ir laiko išsiplėtimas.
Bet jei nesate susipažinę su šiomis sąvokomis, žiūrėdami galite šiek tiek sutrikti.
Filme kosmoso tyrinėtojų komanda eina į ekstragalaktinė kelionė per kirmgraužą. Kitoje pusėje jie atsiduria kitoje saulės sistemoje, kurioje vietoj žvaigždės yra besisukanti juodoji skylė.
Jie lenktyniauja su erdve ir laiku, kad užbaigtų savo misiją. Tokios erdvės kelionės gali atrodyti šiek tiek klaidinančios, tačiau jos grindžiamos pagrindiniais fizikos principais.
Čia yra pagrindiniai 5 fizikos sąvokos Ką reikia žinoti norint suprasti tarpžvaigždinį:
Dirbtinė gravitacija
Didžiausia mūsų, žmonių, ilgalaikių kelionių kosmoso problema nesvarumas. Mes gimėme Žemėje ir mūsų kūnai prisitaikė prie tam tikrų gravitacinių sąlygų, tačiau kai esame kosmose ilgą laiką, mūsų raumenys pradeda silpti.
Su šia problema susiduria ir filmo „Tarpžvaigždiniai“ herojai.
Norėdami su tuo susidoroti, mokslininkai kuria dirbtinė gravitacija erdvėlaiviuose. Vienas iš būdų tai padaryti – pasukti erdvėlaivį, kaip ir filme. Sukimasis sukuria išcentrinę jėgą, kuri stumia objektus link išorinių laivo sienų. Šis atstūmimas panašus į gravitaciją, tik priešinga kryptimi.
Tai dirbtinės gravitacijos forma, kurią patiriate, kai važiuojate nedideliu spinduliu kreivę ir jaučiatės taip, lyg būtumėte stumiami į išorę, toliau nuo centrinio kreivės taško. Besisukančiame erdvėlaivyje sienos tampa jūsų grindimis.
Besisukanti juodoji skylė erdvėje
Astronomai, nors ir netiesiogiai, pastebėjo mūsų Visatoje besisukančių juodųjų skylių. Niekas nežino, kas yra juodosios skylės centre, bet mokslininkai turi tam pavadinimą.singuliarumas .
Besisukančios juodosios skylės aplink jas iškreipia erdvę kitaip nei stacionarios juodosios skylės.
Šis iškraipymo procesas vadinamas „inerciniu rėmo įtraukimu“ arba objektyvo-Thirringo efektu, ir jis įtakoja, kaip atrodys juodoji skylė, iškraipydamas erdvę, o dar svarbiau – erdvėlaikį aplink ją. Juodosios skylės, kurią matote filme, pakankalabai artima mokslinei koncepcijai.
- Erdvėlaivis „Endurance“ plaukia link Gargantua – išgalvota supermasyvi juodoji skylė kurių masė 100 milijonų kartų didesnė už Saulę.
- Jis yra nutolęs nuo Žemės 10 milijardų šviesmečių ir aplink jį sukasi kelios planetos. Gargantua sukasi stulbinančiu 99,8 procento šviesos greičio.
- Garagantua akreciniame diske yra saulės paviršiaus temperatūros dujų ir dulkių. Diskas aprūpina Gargantua planetas šviesa ir šiluma.
Sudėtinga juodosios skylės išvaizda plėvelėje atsiranda dėl to, kad akrecinio disko vaizdas yra iškraipomas dėl gravitacinio lęšio. Vaizde atsiranda du lankai: vienas susiformavo virš juodosios skylės, kitas – po ja.
kirmgrauža
„Tarpžvaigždinė“ įgulos naudojama kirmgrauža arba kirmgrauža yra vienas iš filmo reiškinių, kurių egzistavimas neįrodytas. Tai hipotetinė, bet labai patogu mokslinės fantastikos istorijų siužetuose, kur reikia įveikti didelį erdvės atstumą.
Tiesiog kirmgraužos yra savotiškos trumpiausias kelias per erdvę. Bet koks masės objektas sukuria skylę erdvėje, o tai reiškia, kad erdvę galima ištempti, iškreipti ir net sulankstyti.
Kirmgrauža yra tarsi raukšlė erdvės (ir laiko) audinyje, jungianti du labai tolimus regionus, o tai padeda kosmoso keliautojams nukeliauti ilgą atstumą per trumpą laiką.
Oficialus kirmgraužos pavadinimas yra „Einšteino-Roseno tiltas“, kaip pirmą kartą pasiūlė Albertas Einšteinas ir jo kolega Nathanas Rosenas 1935 m.
- 2D diagramose kirmgraužos anga pavaizduota kaip apskritimas. Tačiau jei galėtume pamatyti kirmgraužą, ji atrodytų kaip rutulys.
- Sferos paviršiuje būtų matomas gravitaciškai iškreiptas erdvės vaizdas kitoje „skylės“ pusėje.
- Plėvelėje esančios kirmgraužos matmenys: 2 km skersmens ir perdavimo atstumas – 10 milijardų šviesmečių.
Gravitacinis laiko išsiplėtimas
Gravitacinis laiko išsiplėtimas yra realus reiškinys, stebimas Žemėje. Tai atsiranda todėl, kad laikas yra santykinis. Tai reiškia, kad skirtingoms koordinačių sistemoms jis teka skirtingai.
Kai esate stiprioje gravitacinėje aplinkoje, laikas tau slenka lėčiau palyginti su žmonėmis silpnoje gravitacinėje aplinkoje.
Kadrai iš filmo „Tarpžvaigždinis“ su kirmgrauža (2014)
Kosminis epas „Tarpžvaigždinis“ (kalbame apie 2014 m. spalį pasirodžiusį mokslinės fantastikos filmą) pasakoja apie astronautus, kurie ieškodami žmonijos gelbėjimo galimybių atranda „gyvybės kelią“, kurį vaizduoja paslaptingas tunelis.
Ši ištrauka nepaaiškinamai atsiranda šalia Saturno ir erdvėlaikyje nuveda žmogų į tolimą galaktiką, taip suteikiant galimybę rasti planetų, kuriose gyvena gyvos būtybės. Planetos, kurios gali tapti antraisiais žmonių namais.
Prieš hipotezę apie kino tunelio, mokslininkų vadinamo „kirmgrauža“ arba „kirmgrauža“, egzistavimą, buvo sukurta tikra fizikinė teorija, kurią pasiūlė vienas pirmųjų astrofizikų ir buvęs Kalifornijos technologijos instituto profesorius. Kipas Tornas.
Kipas Thorne'as padėjo astronomui, astrofizikui, mokslo populiarintojui ir vienam iš projekto iniciatorių ieškant nežemiško intelekto – Carlui Saganui – sukurti kirmgraužos modelį savo romanui „Kontaktas“. Vaizdinių filmo vaizdų įtaigumas kosmoso mokslininkams toks akivaizdus, kad astrofizikai pripažįsta, jog tai bene tiksliausi pasaulio kine egzistuojantys kirmgraužų ir juodųjų skylių vaizdai.
Šiame filme yra tik viena „maža“ detalė, kuri persekioja dėmesingą žiūrovą: skristi kažkuo tokiu kosminiu ekspresu, žinoma, puiku, bet ar pavyks pilotams nepasiduoti šio itin tarpžvaigždinio judėjimo metu?
Kosminio blokbasterio kūrėjai nusprendė nepaminėti, kad pirminė kirmgraužų teorija priklausė kitiems žymiems astrofizikos teoretikams – Albertas Einšteinas ją pradėjo kurti kartu su savo asistentu Natanu Rosenu. Šie mokslininkai bandė išspręsti Einšteino bendrojo reliatyvumo lygtis taip, kad rezultatas būtų visos Visatos matematinis modelis, kartu su gravitacijos jėgomis ir elementariomis dalelėmis, kurios sudaro materiją. Viso to metu erdvę buvo bandoma įsivaizduoti kaip dvi geometrines plokštumas, sujungtas viena su kita „tiltais“.
Lygiagrečiai, bet nepriklausomai nuo Einšteino, panašų darbą atliko kitas fizikas Ludwigas Flammas, kuris 1916 m., taip pat spręsdamas Einšteino lygtis, atrado tokius „tiltus“.
Visi trys „tiltų statytojai“ patyrė bendrą nusivylimą, nes „visko egzistuojančio teorija“ pasirodė neperspektyvi: tokie „tiltai“ teoriškai neveikė kaip tikros elementarios dalelės.
Nepaisant to, 1935 m. Einšteinas ir Rosenas paskelbė dokumentą, kuriame išdėstė savo tunelių teoriją erdvės ir laiko kontinuume. Šis darbas, kaip sumanė autoriai, akivaizdžiai turėjo paskatinti kitas mokslininkų kartas susimąstyti apie galimybę pritaikyti tokią teoriją.
Fizikas iš Prinstono universiteto Johnas Wheeleris vienu metu į žodyną įtraukė pavadinimą „kirmgrauža“, kuris pirmaisiais metais buvo naudojamas tiriant „tiltų“ modelių konstrukciją pagal Einšteino-Roseno teoriją. Wheeleris pastebėjo: toks „tiltas“ skausmingai primena kirmino nugraužtą praėjimą vaisiuose. Įsivaizduokime skruzdėlytę, ropojančią iš vienos kriaušės pusės į kitą – ji gali arba šliaužioti visu lenktu paviršiumi, arba, pasinaudojusi nuoroda, kirmgraužos tuneliu kirsti vaisių.
Ką daryti, jei įsivaizduotume, kad mūsų trimatis erdvės ir laiko kontinuumas yra kriaušės oda, kad lenktas paviršius gaubia daug didesnę „masę“? Galbūt Einšteino-Roseno „tiltas“ yra pats tunelis, kuris kerta šią „masę“, leidžiantis žvaigždėlaivių pilotams sumažinti atstumą tarp dviejų taškų. Tikriausiai šiuo atveju kalbame apie realų matematinį bendrosios reliatyvumo teorijos sprendimą.
Wheelerio teigimu, Einšteino-Roseno „tiltų“ žiotys labai primena vadinamąją Schwarzschildo juodąją skylę – paprastą materiją, kuri turi sferinę formą ir yra tokia tanki, kad jos gravitacinės jėgos negali įveikti net šviesa. Astronomai turi tvirtą nuomonę apie „juodųjų skylių“ egzistavimą. Jie tiki, kad šie dariniai gimsta, kai labai masyvios žvaigždės "sugriūva" arba išnyksta.
Kiek pagrįsta hipotezė, kad „juodoji skylė“ yra tas pats, kas „kirmgrauža“ arba tunelis, leidžiantis didelius skrydžius į kosmosą? Galbūt matematiniu požiūriu šis teiginys yra teisingas. Bet tik teoriškai: tokioje ekspedicijoje neliks gyvųjų.
Schwarzschild modelis vaizduoja tamsų „juodosios skylės“ vidurį kaip atskirą tašką arba centrinį neutralų stacionarų begalinio tankio rutulį. Wheelerio skaičiavimai rodo pasekmes to, kas atsitiko susidarius tokiai „kirmgraužei“, kai du vienarūšiai taškai („Schwarzschild juodosios skylės“) dviejose nutolusiose Visatos dalyse susilieja į jos „masę“ ir sukuria tarp jų tunelį. .
Tyrėjas išsiaiškino, kad tokia „kirmgrauža“ yra nestabilaus pobūdžio: iš pradžių susidaro tunelis, o paskui griūva, po kurio vėl lieka tik du vienarūšiai taškai („juodosios skylės“). Tunelio atsiradimo ir užtrenkimo procedūra vyksta taip žaibiškai, kad pro jį negali prasiskverbti net šviesos spindulys, jau nekalbant apie astronautą, bandantį praslysti - jį visiškai praris „juodoji skylė“. Jokių juokų – mes kalbame apie momentinę mirtį, nes beprotiškos galios gravitacinės jėgos suplėšys žmogų į gabalus.
„Juodosios skylės“ ir „baltos dėmės“
Kartu su filmu Thorne'as išleido knygą „Tarpžvaigždinis mokslas“. Šiame darbe jis patvirtina: „Bet koks kūnas – gyvas ar negyvas – šiuo metu tunelio griūtys bus sutraiškytas ir suplėšytas į gabalus!
Kitam alternatyviam variantui – besisukančiai Kerro „juodajai skylei“ – tarpplanetinių kelionių „baltųjų dėmių“ tyrinėtojai rado kitokį bendrosios reliatyvumo teorijos sprendimą. Kerro „juodojoje skylėje“ esantis išskirtinumas yra kitokios formos, ne sferinės, o žiedo formos.
Tam tikri jo modeliai gali suteikti žmogui galimybę išgyventi tarpžvaigždiniame skrydžio metu, tačiau tik tuo atveju, jei laivas šią skylę praleidžia tik per žiedo centrą. Kažkas panašaus į kosminį krepšinį, tik smūgio kaina čia nėra papildomi taškai: ant kortos gresia žvaigždė laivo ir jo įgulos egzistavimas.
Knygos „Tarpžvaigždinis mokslas“ autorius Kipas Thorne'as abejoja šios teorijos būkle. Dar 1987 m. jis parašė straipsnį apie skrydį per „kirmgraužą“, kur atkreipė dėmesį į svarbią detalę: Kero tunelio kaklelis turi labai nepatikimą atkarpą, vadinamą „Cauchy horizontu“.
Kaip rodo atitinkami skaičiavimai, kai tik kūnas bando praeiti pro šį tašką, tunelis griūva. Be to, jei „kirmgrauža“ šiek tiek stabilizuosis, ji, kaip sako kvantinė teorija, iškart bus užpildyta greitomis didelės energijos dalelėmis.
Vadinasi, kai tik įlipsite į Kerr „juodąją skylę“, liks sausa, apkepta pluta.
Priežastis yra „baisūs tolimojo veikimo veiksmai“?
Faktas yra tas, kad fizikai dar nepritaikė klasikinių gravitacijos dėsnių kvantinei teorijai – šią matematikos šaką per daug sunku suprasti ir daugelis mokslininkų nepateikė tikslaus apibrėžimo.
Tuo pat metu Prinstono mokslininkas Juanas Malsadena ir jo kolega Stanforde Leonardas Susskindas teigė, kad kirmgraužos, matyt, yra ne kas kita, kaip materialus susipynimo įsikūnijimas tuo metu, kai kvantiniai objektai yra sujungti – nepaisant to, ar jie yra toli vienas nuo kito draugai.
Albertas Einšteinas tokiam susipainiojimui turėjo savo pavadinimą - „baisus tolimojo veikimo veiksmas“ didysis fizikas net negalvojo sutikti su visuotinai priimtu požiūriu. Nepaisant to, daugelis eksperimentų įrodė kvantinio susipynimo egzistavimą. Be to, jis jau naudojamas komerciniais tikslais – apsaugo duomenų perdavimą internetu, pavyzdžiui, banko operacijas.
Pasak Malsadenos ir Susskindo, dideliais kiekiais kvantinis susipynimas gali paveikti erdvės ir laiko kontinuumo geometrijos pokyčius ir prisidėti prie „kirmgraužų“ atsiradimo susietų „juodųjų skylių“ pavidalu. Tačiau šių mokslininkų hipotezė neleidžia atsirasti pravažiuojamiems tarpžvaigždiniams tuneliams.
Pasak Malsadenos, šie tuneliai, viena vertus, nesuteikia galimybės skristi greičiau nei šviesos greitis, kita vertus, jie vis tiek gali padėti astronautams ten, viduje, susitikti su kuo nors „kitu“. Tačiau toks susitikimas nėra malonus, nes po susitikimo neišvengiama mirtis dėl gravitacinio smūgio „juodosios skylės“ centre.
Žodžiu, „juodosios skylės“ yra tikra kliūtis žmogui tyrinėti kosmosą. Kas šiuo atveju gali būti „kirmgraužės“? Pasak Harvardo-Smithsono astrofizikos centro mokslininko Avi Loebo, žmonės šiuo klausimu turi daug galimybių: kadangi nėra teorijos, kuri jungtų bendrąjį reliatyvumą su kvantine mechanika, mes nežinome viso galimo erdvės laiko diapazono. struktūros, kuriose gali atsirasti kirmgraužų "
Jie griūva
Tačiau ir čia ne viskas taip paprasta. Tas pats Kipas Thorne'as 1987 m. nustatė ypatumą, kad bet kuri „kirmgrauža“, atitinkanti bendrąją reliatyvumo teoriją, žlugtų, jei jos nesistengiama išlaikyti atvirą dėl vadinamosios egzotinės materijos, turinčios neigiamą energiją arba antigravitaciją. Thorne'as patikina: egzomaterio egzistavimo faktą galima nustatyti eksperimentiškai.
Eksperimentai parodys, kad kvantiniai svyravimai vakuume, matyt, gali sukurti neigiamą slėgį tarp dviejų veidrodžių, kurie yra labai arti vienas kito.
Savo ruožtu, pasak Avi Loebo, jei stebėsime vadinamąją tamsiąją energiją, tai šie tyrimai suteiks dar daugiau priežasčių tikėti egzotiškos materijos egzistavimu.
Harvardo-Smithsonian astrofizikos centro mokslininkas sako, kad „...per pastarąją kosminę istoriją matėme galaktikas, kurios laikui bėgant vis labiau tolsta nuo mūsų, tarsi jos būtų veikiamos antigravitacijos – ši spartėjanti galaktikos plėtra. Visatą galima paaiškinti, jei Visata užpildyta neigiamo slėgio medžiaga, būtent tokia medžiaga, kurios reikia kirmgraužei sukurti...
Tuo pačiu metu Loebas ir Thorne'as mano, kad net jei kirmgrauža galėtų atsirasti natūraliai, jai prireiktų egzotiškos medžiagos masės. Tik labai išsivysčiusi civilizacija sugebės sukaupti tokį energijos rezervą ir vėliau tokį tunelį stabilizuoti.
Taip pat nėra „jokio sutarimo tarp bendražygių“ jų požiūryje į šią teoriją. Štai ką jų kolega Malsadena mano apie Loebo ir Thorne'o išvadas, pavyzdžiui:
„...Manau, kad stabilios perkeliamos kirmgraužos idėja nėra pakankamai suprantama ir, matyt, neatitinka žinomų fizikos dėsnių...“ Sabine Hossenfelder iš Skandinavijos teorinės fizikos instituto Švedijoje visiškai sugriauna Loebo-Thorno išvadas: „... Turime visiškai jokių egzotiškos materijos egzistavimo įrodymų. Be to, plačiai paplitęs įsitikinimas, kad jis negali egzistuoti, nes jei jis egzistuotų, vakuumas būtų nestabilus...“
Net jei tokia egzotiška materija egzistuotų, Hossenfelderis plėtoja savo idėją, judėjimas jos viduje būtų itin nemalonus: kiekvieną kartą pojūčiai būtų tiesiogiai priklausomi nuo erdvės-laiko struktūros aplink tunelį kreivumo laipsnio ir nuo energijos tankio jame. Sabine Hossenfelder daro išvadą:
„...Tai labai panašu į „juodąsias skyles“: potvynio jėgos per didelės ir žmogus bus suplėšytas į gabalus...“
Paradoksalu, bet nepaisant savo indėlio į filmą „Tarpžvaigždinė“, Thorne'as taip pat nelabai tiki, kad toks pravažiuojamas tunelis kada nors galėtų atsirasti. Ir galimybė pro jį praeiti astronautams (be jokios žalos!) – ir juo labiau. Jis pats tai pripažįsta savo knygoje:
"...Jeigu jie [tuneliai] gali egzistuoti, tai aš labai abejoju, ar jie gali atsirasti natūraliai astrofizinėje Visatoje..."
...Taigi tada tikėkite mokslinės fantastikos filmais!
Jis yra išlenktas, o gravitacija, kuri mums visiems pažįstama, yra šios savybės apraiška. Medžiaga išlinksta, „išlenkia“ erdvę aplink ją ir kuo ji tankesnė, tuo labiau linksta. Erdvė, erdvė ir laikas yra labai įdomios temos. Perskaitę šį straipsnį tikriausiai sužinosite apie juos kažką naujo.
Kreivumo idėja
Daugelis kitų gravitacijos teorijų, kurių šiandien egzistuoja šimtai, detaliai skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos. Tačiau visos šios astronominės hipotezės išlaiko pagrindinį dalyką - kreivumo idėją. Jei erdvė yra išlenkta, galima daryti prielaidą, kad ji gali būti, pavyzdžiui, vamzdžio, jungiančio regionus, kuriuos skiria daug šviesmečių, formos. Ir galbūt net epochų, kurios yra toli viena nuo kitos. Juk kalbame ne apie mums pažįstamą erdvę, o apie erdvę-laiką, kai svarstome erdvę. Skylė joje gali atsirasti tik tam tikromis sąlygomis. Kviečiame iš arčiau pažvelgti į tokį įdomų reiškinį kaip kirmgraužos.
Pirmosios idėjos apie kirmgraužas
Gili erdvė ir jos paslaptys vilioja. Mintys apie kreivumą atsirado iškart po to, kai buvo paskelbta Bendroji reliatyvumo teorija. Austrų fizikas L. Flammas jau 1916 metais pasakė, kad erdvinė geometrija gali egzistuoti savotiškos skylės, jungiančios du pasaulius, pavidalu. Matematikas N. Rosenas ir A. Einšteinas 1935 m. pastebėjo, kad paprasčiausi lygčių sprendiniai bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose, apibūdinantys izoliuotus elektrinio krūvio arba neutralius šaltinius, sukuria erdvinę „tilto“ struktūrą. Tai yra, jie jungia dvi visatas, dvi beveik plokščias ir identiškas erdvėlaikes.
Vėliau šios erdvinės struktūros buvo pradėtos vadinti „kirmgraužėmis“, o tai yra gana laisvas žodžio kirmgraužis vertimas iš anglų kalbos. Artimesnis vertimas yra „kirmgrauža“ (erdvėje). Rosenas ir Einšteinas net neatmetė galimybės panaudoti šiuos „tiltus“ elementarioms dalelėms apibūdinti. Iš tiesų, šiuo atveju dalelė yra grynai erdvinis darinys. Vadinasi, nereikės specialiai modeliuoti krūvio šaltinio ar masės. Ir nuotolinis išorinis stebėtojas, jei kirmgrauža turi mikroskopinius matmenis, vienoje iš šių erdvių mato tik taškinį šaltinį su krūviu ir mase.
Einsteino-Roseno „Tiltai“.
Vienoje pusėje elektros laidai įeina į skylę, o iš kitos išeina, niekur nesibaigdami ir neprasidėdami. Amerikiečių fizikas J. Wheeleris ta proga sakė, kad rezultatas yra „įkrovimas be krūvio“ ir „masė be masės“. Šiuo atveju visai nebūtina manyti, kad tiltas yra skirtas sujungti dvi skirtingas visatas. Ne mažiau tinkama būtų prielaida, kad abi kirmgraužos „burnos“ atsiveria į tą pačią visatą, bet skirtingu laiku ir skirtinguose taškuose. Rezultatas yra kažkas panašaus į tuščiavidurę „rankeną“, jei ji prisiūta prie beveik plokščio pažįstamo pasaulio. Jėgos linijos patenka į burną, kurią galima suprasti kaip neigiamą krūvį (tarkime, elektroną). Burna, iš kurios jie išeina, turi teigiamą krūvį (pozitroną). Kalbant apie mases, jie bus vienodi iš abiejų pusių.
Einšteino-Rozeno tiltų susidarymo sąlygos
Šis paveikslas, nepaisant viso savo patrauklumo, dėl daugelio priežasčių nebuvo plačiai paplitęs elementariųjų dalelių fizikoje. Nelengva priskirti kvantines savybes Einšteino-Roseno „tiltams“, kurių negalima išvengti mikropasaulyje. Toks „tiltas“ iš viso nesusidaro su žinomomis dalelių (protonų ar elektronų) krūvių ir masės reikšmėmis. „Elektrinis“ sprendimas numato „nuogą“ singuliarumą, tai yra tašką, kuriame elektrinis laukas ir erdvės kreivumas tampa begaliniai. Tokiuose taškuose erdvėlaikio sąvoka, net ir kreivumo atveju, praranda prasmę, nes neįmanoma išspręsti lygčių, turinčių begalinį skaičių terminų.
Kada bendrasis reliatyvumas neveikia?
Pati bendroji reliatyvumo teorija neabejotinai nurodo, kada tiksliai ji nustoja veikti. Ties kakle, siauriausioje „tilto“ vietoje, pažeidžiamas jungties lygumas. Ir reikia pasakyti, kad tai visai nebanalu. Iš tolimo stebėtojo padėties laikas sustoja ties šiuo kaklu. Tai, ką Rosenas ir Einšteinas manė, buvo gerklė, dabar apibrėžiama kaip juodosios skylės įvykių horizontas (įkrautas arba neutralus). Spinduliai ar dalelės iš skirtingų „tilto“ pusių patenka į skirtingas horizonto „atkarpas“. O tarp kairiosios ir dešiniosios jo dalių, santykinai kalbant, yra nestatinė sritis. Norint įveikti sritį, negalima jos neįveikti.
Nesugebėjimas praeiti pro juodąją skylę
Atrodo, kad erdvėlaivis, priartėjęs prie palyginti didelės juodosios skylės horizonto, sustingsta amžiams. Signalai iš jo ateina vis rečiau... Priešingai, horizontas pagal laivo laikrodį pasiekiamas per ribotą laiką. Kai laivas (šviesos spindulys ar dalelė) praplaukia pro jį, jis netrukus pasieks singuliarumą. Tai vieta, kur kreivumas tampa begalinis. Ties singuliarumu (vis dar artėjant prie jo) išplėstas kūnas neišvengiamai bus suplėšytas ir sutraiškytas. Tokia yra juodosios skylės realybė.
Tolesni tyrimai
1916-17 m buvo gauti Reisner-Nordström ir Schwarzschild sprendimai. Jie apibūdina sferiškai simetriškas elektriškai įkrautas ir neutralias juodąsias skyles. Tačiau fizikai sugebėjo visiškai suprasti sudėtingą šių erdvių geometriją tik šeštojo ir šeštojo dešimtmečių sandūroje. Būtent tada D. A. Wheeleris, žinomas dėl savo darbų gravitacijos teorijos ir branduolinės fizikos srityje, sukūrė terminus „kirmgrauža“ ir „juodoji skylė“. Paaiškėjo, kad Reisner-Nordström ir Schwarzschild erdvėse erdvėje tikrai yra kirmgraužų. Tolimam stebėtojui jos visiškai nematomos, kaip ir juodosios skylės. Ir, kaip ir jie, kirmgraužos erdvėje yra amžinos. Tačiau jei keliautojas prasiskverbia į horizontą, jie taip greitai subyra, kad per juos negali praskristi nei šviesos spindulys, nei masyvi dalelė, o ką jau kalbėti apie laivą. Norint skristi į kitą burną, aplenkiant singuliarumą, reikia judėti greičiau nei šviesa. Šiuo metu fizikai mano, kad supernovos energijos ir materijos judėjimo greičiai iš esmės neįmanomi.
Schwarzschild ir Reisner-Nordström
Schwarzschildo juodoji skylė gali būti laikoma neįveikiama kirmgrauža. Kalbant apie Reisnerio-Nordström juodąją skylę, jos struktūra yra šiek tiek sudėtingesnė, tačiau ji taip pat yra neįveikiama. Tačiau sugalvoti ir aprašyti erdvėje esančias keturmates kirmgraužas, kurias būtų galima pervažiuoti, nėra taip sunku. Jums tereikia pasirinkti reikiamą metrikos tipą. Metrinis tenzorius arba metrika yra dydžių rinkinys, pagal kurį galima apskaičiuoti keturmačius intervalus tarp įvykių taškų. Šis dydžių rinkinys taip pat visiškai apibūdina gravitacinį lauką ir erdvės-laiko geometriją. Geometriškai perkeliamos kirmgraužos erdvėje yra dar paprastesnės nei juodosios skylės. Jie neturi horizontų, kurie laikui bėgant veda į kataklizmus. Skirtinguose taškuose laikas gali judėti skirtingu greičiu, tačiau jis neturėtų sustoti ar be galo greitėti.
Dvi kirmgraužų tyrimo kryptys
Gamta pastatė kliūtį kurmių skylių atsiradimui. Tačiau žmogus sukurtas taip, kad jei yra kliūtis, visada atsiras norinčių ją įveikti. Ir mokslininkai nėra išimtis. Kirmgraužes tyrinėjančių teoretikų darbus sąlyginai galima suskirstyti į dvi viena kitą papildančias kryptis. Pirmasis susijęs su jų pasekmėmis, iš anksto darant prielaidą, kad kirmgraužos tikrai egzistuoja. Antrosios krypties atstovai bando suprasti, iš ko ir kaip jie gali atsirasti, kokios sąlygos būtinos joms atsirasti. Šios krypties darbų yra daugiau nei pirmojoje ir, ko gero, įdomesni. Ši kryptis apima kirmgraužų modelių paiešką, taip pat jų savybių tyrimą.
Rusijos fizikų pasiekimai
Kaip paaiškėjo, medžiagos, kuri yra medžiaga sliekų skylėms statyti, savybės gali būti realizuotos dėl kvantinių laukų vakuumo poliarizacijos. Tokios išvados neseniai priėjo rusų fizikai Sergejus Suškovas ir Arkadijus Popovas kartu su ispanų tyrinėtoju Davidu Hochbergu, taip pat Sergejumi Krasnikovu. Vakuumas šiuo atveju nėra tuštuma. Tai kvantinė būsena, kuriai būdinga mažiausia energija, tai yra laukas, kuriame nėra tikrų dalelių. Šiame lauke nuolat atsiranda „virtualių“ dalelių poros, kurios išnyksta prieš jas aptinkant prietaisams, tačiau palieka savo pėdsaką energijos tenzoriaus pavidalu, tai yra neįprastomis savybėmis pasižyminčio impulso pavidalu. Nepaisant to, kad medžiagos kvantinės savybės daugiausia pasireiškia mikrokosmose, jų sukurtos kirmgraužos tam tikromis sąlygomis gali pasiekti nemažus dydžius. Vienas iš Krasnikovo straipsnių, beje, vadinasi „Kirmgraužių grėsmė“.
Filosofijos klausimas
Jei kirmgraužos kada nors bus sukurtos ar atrastos, su mokslo interpretavimu susijusi filosofijos sritis susidurs su naujais ir, reikia pasakyti, labai sunkiais iššūkiais. Nepaisant viso, atrodytų, laiko kilpų absurdiškumo ir keblių problemų, susijusių su priežastingumu, ši mokslo sritis tikriausiai kada nors tai išsiaiškins. Lygiai taip pat, kaip jie sprendė kvantinės mechanikos ir sukurto Kosmoso, erdvės ir laiko problemas – visi šie klausimai žmones domino visus šimtmečius ir, matyt, visada domėsis. Vargu ar įmanoma juos visiškai pažinti. Kosmoso tyrinėjimai vargu ar kada nors bus baigti.
