Zvjezdani svemir prepun je mnogih misterija. Prema općoj teoriji relativnosti (GR), koju je stvorio Einstein, živimo u četverodimenzionalnom prostor-vremenu. Zakrivljena je, a svima nama poznata gravitacija je manifestacija ovog svojstva. Materija se savija, „savija“prostor oko sebe, i što je više, to je gušća. Prostor, prostor i vrijeme vrlo su zanimljive teme. Nakon što pročitate ovaj članak, sigurno ćete naučiti nešto novo o njima.
Ideja zakrivljenosti
Mnoge druge teorije gravitacije, kojih danas postoje stotine, razlikuju se od opće teorije relativnosti u detaljima. Međutim, sve ove astronomske hipoteze zadržavaju glavnu stvar - ideju zakrivljenosti. Ako je prostor zakrivljen, onda možemo pretpostaviti da bi mogao poprimiti, na primjer, oblik cijevi koja povezuje područja koja su razdvojena mnogo svjetlosnih godina. A možda čak i ere daleko jedna od druge. Uostalom, ne govorimo o prostoru koji nam je poznat, već o prostor-vremenu kada razmatramo kozmos. Rupa u njemupojavljuju se samo pod određenim uvjetima. Pozivamo vas da pobliže pogledate tako zanimljiv fenomen kao što su crvotočine.
Prve ideje o crvotočinama
Duboki svemir i njegove misterije mame. Misli o zakrivljenosti pojavile su se odmah nakon što je GR objavljen. L. Flamm, austrijski fizičar, već je 1916. rekao da prostorna geometrija može postojati u obliku svojevrsne rupe koja spaja dva svijeta. Matematičari N. Rosen i A. Einstein 1935. godine primijetili su da najjednostavnija rješenja jednadžbi u okviru opće relativnosti, koja opisuju izolirane električno nabijene ili neutralne izvore koji stvaraju gravitacijska polja, imaju prostornu strukturu "mosta". To jest, povezuju dva svemira, dva gotovo ravna i identična prostor-vremena.
Kasnije su ove prostorne strukture postale poznate kao "crvotočine", što je prilično labav prijevod engleske riječi crvotočina. Bliži prijevod je "crvotočina" (u svemiru). Rosen i Einstein nisu ni isključili mogućnost korištenja tih "mostova" za opisivanje elementarnih čestica uz njihovu pomoć. Doista, u ovom slučaju čestica je čisto prostorna formacija. Stoga nema potrebe posebno modelirati izvor naboja ili mase. A udaljeni vanjski promatrač, ako crvotočina ima mikroskopske dimenzije, vidi samo točkasti izvor s nabojem i masom u jednom od ovih prostora.
Einstein-Rosen "Mostovi"
Električne linije sile ulaze u jazbinu s jedne strane, a s druge strane izlaze bez kraja ili početka. J. Wheeler, američki fizičar, ovom je prilikom rekao da se dobivaju "naboj bez naboja" i "masa bez mase". U ovom slučaju uopće nije potrebno smatrati da most služi za spajanje dva različita svemira. Ništa manje prikladna ne bi bila pretpostavka da oba "usta" crvotočine izlaze u isti svemir, ali u različito vrijeme i na različitim točkama u njemu. Ispada nešto što nalikuje šupljoj "ručici", ako je ušiveno u gotovo ravan poznati svijet. U usta ulaze linije sile, što se može shvatiti kao negativni naboj (recimo elektron). Usta iz kojih izlaze imaju pozitivan naboj (pozitron). Što se tiče masa, one će biti iste s obje strane.
Uvjeti za formiranje Einstein-Rosenovih "mostova"
Ova slika, uza svu svoju privlačnost, nije stekla uporište u fizici čestica, iz mnogo razloga. Nije lako pripisati kvantna svojstva Einstein-Rosenovim "mostovima", koji su neophodni u mikrosvijetu. Takav "most" uopće se ne formira za poznate vrijednosti naboja i mase čestica (protona ili elektrona). Umjesto toga, "električno" rješenje predviđa "goli" singularitet, odnosno točku u kojoj električno polje i zakrivljenost prostora postaju beskonačni. U takvim točkama konceptprostor-vrijeme, čak i u slučaju zakrivljenosti, gubi svoje značenje, budući da je nemoguće riješiti jednadžbe koje imaju beskonačan broj članova.
Kada GR ne uspije?
Sam za sebe, OTO izričito navodi kada točno prestaje raditi. Na vratu, na najužem mjestu "mosta", postoji povreda glatkoće veze. I mora se reći da je to prilično netrivijalno. Iz pozicije udaljenog promatrača vrijeme se zaustavlja na ovom vratu. Ono što su Rosen i Einstein mislili da je grlo sada je definirano kao horizont događaja crne rupe (bilo nabijene ili neutralne). Zrake ili čestice s različitih strana "mosta" padaju na različite "odsječke" horizonta. A između njegovih lijevog i desnog dijela, relativno govoreći, nalazi se nestatično područje. Da biste prošli područje, nemoguće ga je ne proći.
Nemogućnost prolaska kroz crnu rupu
Svemirski brod koji se približava horizontu relativno velike crne rupe kao da se zauvijek smrzava. Sve rjeđe s njega dopiru signali… Naprotiv, horizont se prema brodskom satu stiže u konačnom vremenu. Kad ga brod (snop svjetlosti ili čestica) prođe, ubrzo će naletjeti na singularitet. Ovdje zakrivljenost postaje beskonačna. U singularnosti (još na putu do nje), produženo tijelo će neizbježno biti rastrgano i zgnječeno. Ovo je stvarnost kako crna rupa funkcionira.
Daljnje istraživanje
U 1916-17. Dobivena su rješenja Reisner-Nordströma i Schwarzschilda. U njimasferno opisuje simetrične električno nabijene i neutralne crne rupe. Međutim, fizičari su uspjeli u potpunosti razumjeti složenu geometriju ovih prostora tek na prijelazu iz 1950-ih u 60-e. Tada je D. A. Wheeler, poznat po svom radu u teoriji gravitacije i nuklearnoj fizici, predložio termine "crvotočina" i "crna rupa". Pokazalo se da u prostorima Reisner-Nordströma i Schwarzschilda doista postoje crvotočine u svemiru. One su potpuno nevidljive udaljenom promatraču, poput crnih rupa. I, poput njih, crvotočine u svemiru su vječne. Ali ako putnik prodre izvan horizonta, oni se tako brzo sruše da kroz njih ne može proletjeti ni zraka svjetlosti ni masivna čestica, a kamoli brod. Da biste odletjeli u druga usta, zaobilazeći singularnost, morate se kretati brže od svjetlosti. Trenutno, fizičari vjeruju da su brzine energije i materije supernove u osnovi nemoguće.
Crne rupe Schwarzschilda i Reisner-Nordströma
Schwarzschildova crna rupa može se smatrati neprobojnom crvotočinom. Što se tiče Reisner-Nordströmove crne rupe, ona je nešto kompliciranija, ali i neprohodna. Ipak, nije tako teško smisliti i opisati četverodimenzionalne crvotočine u svemiru koje bi se mogle prijeći. Vi samo trebate odabrati vrstu metrike koja vam je potrebna. Metrički tenzor, ili metrika, skup je vrijednosti koje se mogu koristiti za izračunavanje četverodimenzionalnih intervala koji postoje između točaka događaja. Ovaj skup vrijednosti u potpunosti karakterizira i gravitacijsko polje igeometrija prostor-vrijeme. Crvotočine koje se mogu geometrijski proći u svemiru čak su jednostavnije od crnih rupa. Oni nemaju horizonte koji s vremenom vode do kataklizmi. U različitim trenucima, vrijeme može teći različitim tempom, ali ne bi trebalo stati ili se beskonačno ubrzavati.
Dvije linije istraživanja crvotočina
Priroda je postavila barijeru pojavi crvotočina. Međutim, čovjek je uređen tako da ako postoji prepreka, uvijek će se naći oni koji je žele prevladati. I znanstvenici nisu iznimka. Radovi teoretičara koji se bave proučavanjem crvotočina mogu se uvjetno podijeliti u dva područja koja se međusobno nadopunjuju. Prvi se bavi razmatranjem njihovih posljedica, uz pretpostavku unaprijed da crvotočine postoje. Predstavnici drugog smjera pokušavaju shvatiti od čega i kako se mogu pojaviti, koji su uvjeti potrebni za njihovu pojavu. U tom smjeru ima više radova nego u prvom i možda su zanimljiviji. Ovo područje uključuje potragu za modelima crvotočina, kao i proučavanje njihovih svojstava.
Postignuća ruskih fizičara
Kako se pokazalo, svojstva materije, koja je materijal za izgradnju crvotočina, mogu se ostvariti zahvaljujući polarizaciji vakuuma kvantnih polja. Ruski fizičari Sergej Suškov i Arkadij Popov, zajedno sa španjolskim istraživačem Davidom Hochbergom i Sergejem Krasnikovim, nedavno su došli do ovog zaključka. Vakuum u ovom slučaju nijepraznina. Ovo je kvantno stanje koje karakterizira najniža energija, odnosno polje u kojem nema pravih čestica. U tom polju stalno se pojavljuju parovi "virtualnih" čestica, koji nestaju prije nego što ih uređaji detektiraju, ali ostavljaju trag u obliku tenzora energije, odnosno impulsa koji karakteriziraju neobična svojstva. Unatoč činjenici da se kvantna svojstva materije uglavnom očituju u mikrokozmosu, crvotočine koje ih stvaraju, pod određenim uvjetima, mogu doseći značajne veličine. Jedan od Krasnikovih članaka, inače, zove se "Prijetnja crvotočina".
Pitanje filozofije
Ako se crvotočine ikada izgrade ili otkriju, polje filozofije koje se bavi tumačenjem znanosti suočit će se s novim izazovima, i moram reći, vrlo teškim. Uz svu naizgled apsurdnost vremenskih petlji i teške probleme uzročnosti, ovo područje znanosti vjerojatno će to jednog dana shvatiti. Baš kao što su se bavili problemima kvantne mehanike i teorije relativnosti koju je stvorio Einstein. Prostor, prostor i vrijeme - sva su ta pitanja zanimala ljude svih uzrasta i, po svemu sudeći, uvijek će nas zanimati. Gotovo ih je nemoguće u potpunosti upoznati. Malo je vjerojatno da će istraživanje svemira ikada biti dovršeno.
