Το αστρικό σύμπαν είναι γεμάτο με πολλά μυστήρια. Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας (GR), που δημιουργήθηκε από τον Αϊνστάιν, ζούμε σε έναν τετραδιάστατο χωροχρόνο. Είναι καμπύλο και η βαρύτητα, γνωστή σε όλους μας, είναι μια εκδήλωση αυτής της ιδιότητας. Η ύλη λυγίζει, «λυγίζει» τον χώρο γύρω από τον εαυτό της και όσο περισσότερο, τόσο πιο πυκνό είναι. Ο χώρος, ο χώρος και ο χρόνος είναι όλα πολύ ενδιαφέροντα θέματα. Αφού διαβάσετε αυτό το άρθρο, σίγουρα θα μάθετε κάτι νέο για αυτούς.
Η ιδέα της καμπυλότητας
Πολλές άλλες θεωρίες βαρύτητας, από τις οποίες υπάρχουν εκατοντάδες σήμερα, διαφέρουν σε λεπτομέρειες από τη γενική σχετικότητα. Ωστόσο, όλες αυτές οι αστρονομικές υποθέσεις διατηρούν το κύριο πράγμα - την ιδέα της καμπυλότητας. Εάν ο χώρος είναι καμπύλος, τότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι θα μπορούσε να πάρει, για παράδειγμα, το σχήμα ενός σωλήνα που συνδέει περιοχές που χωρίζονται από πολλά έτη φωτός. Και ίσως ακόμη και εποχές μακριά η μία από την άλλη. Εξάλλου, δεν μιλάμε για τον χώρο που μας είναι οικείος, αλλά για τον χωροχρόνο όταν εξετάζουμε το σύμπαν. Μια τρύπα σε αυτόεμφανίζονται μόνο υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Σας προσκαλούμε να ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά σε ένα τόσο ενδιαφέρον φαινόμενο όπως οι σκουληκότρυπες.
Πρώτες ιδέες για τις σκουληκότρυπες
Το βαθύ διάστημα και τα μυστήρια του παραπέμπουν. Οι σκέψεις για την καμπυλότητα εμφανίστηκαν αμέσως μετά τη δημοσίευση του GR. Ο L. Flamm, ένας Αυστριακός φυσικός, ήδη το 1916 είπε ότι η χωρική γεωμετρία μπορεί να υπάρχει με τη μορφή ενός είδους τρύπας που συνδέει δύο κόσμους. Ο μαθηματικός N. Rosen και A. Einstein το 1935 παρατήρησαν ότι οι απλούστερες λύσεις εξισώσεων στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας, που περιγράφουν μεμονωμένες ηλεκτρικά φορτισμένες ή ουδέτερες πηγές που δημιουργούν βαρυτικά πεδία, έχουν μια χωρική δομή «γέφυρας». Δηλαδή, συνδέουν δύο σύμπαντα, δύο σχεδόν επίπεδους και πανομοιότυπους χωροχρόνους.
Αργότερα αυτές οι χωρικές δομές έγιναν γνωστές ως "wormholes", που είναι μια μάλλον χαλαρή μετάφραση της αγγλικής λέξης wormhole. Μια πιο κοντινή του μετάφραση είναι «σκουληκότρυπα» (στο διάστημα). Ο Ρόζεν και ο Αϊνστάιν δεν απέκλεισαν καν την πιθανότητα να χρησιμοποιήσουν αυτές τις «γέφυρες» για να περιγράψουν στοιχειώδη σωματίδια με τη βοήθειά τους. Πράγματι, σε αυτή την περίπτωση το σωματίδιο είναι ένας καθαρά χωρικός σχηματισμός. Επομένως, δεν υπάρχει ανάγκη να μοντελοποιήσουμε συγκεκριμένα την πηγή φορτίου ή τη μάζα. Και ένας μακρινός εξωτερικός παρατηρητής, εάν η σκουληκότρυπα έχει μικροσκοπικές διαστάσεις, βλέπει μόνο μια σημειακή πηγή με φορτίο και μάζα όταν βρίσκεται σε έναν από αυτούς τους χώρους.
Γέφυρες Αϊνστάιν-Ρόζεν
Ηλεκτρικές γραμμές δύναμης εισέρχονται στο λαγούμι από τη μία πλευρά και από την άλλη εξέρχονται χωρίς να τελειώνουν ή να ξεκινούν πουθενά. Ο J. Wheeler, ένας αμερικανός φυσικός, είπε με την ευκαιρία αυτή ότι λαμβάνονται «φόρτιση χωρίς φορτίο» και «μάζα χωρίς μάζα». Δεν είναι καθόλου απαραίτητο σε αυτή την περίπτωση να θεωρήσουμε ότι η γέφυρα χρησιμεύει για να συνδέσει δύο διαφορετικά σύμπαντα. Όχι λιγότερο κατάλληλη θα ήταν η υπόθεση ότι και τα δύο "στόματα" μιας σκουληκότρυπας βγαίνουν στο ίδιο σύμπαν, αλλά σε διαφορετικές χρονικές στιγμές και σε διαφορετικά σημεία σε αυτό. Αποδεικνύεται κάτι που μοιάζει με κούφια "λαβή", αν είναι ραμμένο σε έναν σχεδόν επίπεδο οικείο κόσμο. Οι γραμμές δύναμης εισέρχονται στο στόμα, το οποίο μπορεί να γίνει κατανοητό ως αρνητικό φορτίο (ας πούμε ηλεκτρόνιο). Το στόμα από το οποίο εξέρχονται έχει θετικό φορτίο (ποζιτρόνιο). Όσο για τις μάζες, θα είναι το ίδιο και στις δύο πλευρές.
Προϋποθέσεις για το σχηματισμό των «γέφυρων» Αϊνστάιν-Ρόζεν
Αυτή η εικόνα, παρ' όλη την ελκυστικότητά της, δεν έχει κερδίσει έδαφος στη σωματιδιακή φυσική, για πολλούς λόγους. Δεν είναι εύκολο να αποδοθούν κβαντικές ιδιότητες στις «γέφυρες» Αϊνστάιν-Ρόζεν, οι οποίες είναι απαραίτητες στον μικρόκοσμο. Μια τέτοια "γέφυρα" δεν σχηματίζεται καθόλου για γνωστές τιμές των φορτίων και των μαζών των σωματιδίων (πρωτόνια ή ηλεκτρόνια). Αντίθετα, η «ηλεκτρική» λύση προβλέπει μια «γυμνή» ιδιομορφία, δηλαδή ένα σημείο όπου το ηλεκτρικό πεδίο και η καμπυλότητα του χώρου γίνονται άπειρα. Σε τέτοια σημεία, η έννοιαο χωροχρόνος, ακόμα και στην περίπτωση της καμπυλότητας, χάνει το νόημά του, αφού είναι αδύνατο να λυθούν εξισώσεις που έχουν άπειρο αριθμό όρων.
Πότε αποτυγχάνει το GR;
Από μόνη της, η OTO δηλώνει συγκεκριμένα πότε σταματά να λειτουργεί. Στο λαιμό, στο πιο στενό σημείο της «γέφυρας», παρατηρείται παραβίαση της ομαλότητας της σύνδεσης. Και πρέπει να ειπωθεί ότι είναι μάλλον μη τετριμμένο. Από τη θέση ενός απομακρυσμένου παρατηρητή, ο χρόνος σταματά σε αυτόν τον αυχένα. Αυτό που ο Ρόζεν και ο Αϊνστάιν νόμιζαν ότι ήταν ο λαιμός ορίζεται τώρα ως ο ορίζοντας γεγονότων μιας μαύρης τρύπας (είτε φορτισμένος είτε ουδέτερος). Ακτίνες ή σωματίδια από διαφορετικές πλευρές της «γέφυρας» πέφτουν σε διαφορετικά «τμήματα» του ορίζοντα. Και μεταξύ του αριστερού και του δεξιού τμήματός του, σχετικά μιλώντας, υπάρχει μια μη στατική περιοχή. Για να περάσετε την περιοχή αποκλείεται να μην την προσπεράσετε.
Αδυναμία να περάσει μέσα από μια μαύρη τρύπα
Ένα διαστημόπλοιο που πλησιάζει τον ορίζοντα μιας σχετικά μεγάλης μαύρης τρύπας φαίνεται να παγώνει για πάντα. Ολοένα και σπανιότερα, τα σήματα από αυτό φτάνουν… Αντίθετα, ο ορίζοντας σύμφωνα με το ρολόι του πλοίου φτάνει σε πεπερασμένο χρόνο. Όταν ένα πλοίο (μια δέσμη φωτός ή ένα σωματίδιο) το προσπεράσει, σύντομα θα συναντήσει μια μοναδικότητα. Εδώ η καμπυλότητα γίνεται άπειρη. Στη μοναδικότητα (ακόμα στο δρόμο προς αυτήν), το εκτεταμένο σώμα αναπόφευκτα θα σκιστεί και θα συνθλιβεί. Αυτή είναι η πραγματικότητα για το πώς λειτουργεί μια μαύρη τρύπα.
Περαιτέρω έρευνα
Το 1916-1917. Λήφθηκαν λύσεις Reisner-Nordström και Schwarzschild. Σε αυτούςπεριγράφει σφαιρικά συμμετρικές ηλεκτρικά φορτισμένες και ουδέτερες μαύρες τρύπες. Ωστόσο, οι φυσικοί μπόρεσαν να κατανοήσουν πλήρως τη σύνθετη γεωμετρία αυτών των χώρων μόνο στο τέλος των δεκαετιών του 1950 και του '60. Τότε ήταν που ο D. A. Wheeler, γνωστός για το έργο του στη θεωρία της βαρύτητας και στην πυρηνική φυσική, πρότεινε τους όρους «σκουληκότρυπα» και «μαύρη τρύπα». Αποδείχθηκε ότι στους χώρους του Reisner-Nordström και του Schwarzschild υπάρχουν πραγματικά σκουληκότρυπες στο διάστημα. Είναι εντελώς αόρατα σε έναν μακρινό παρατηρητή, σαν μαύρες τρύπες. Και, όπως αυτές, οι σκουληκότρυπες στο διάστημα είναι αιώνιες. Αλλά αν ο ταξιδιώτης διεισδύσει πέρα από τον ορίζοντα, καταρρέουν τόσο γρήγορα που ούτε μια ακτίνα φωτός ούτε ένα τεράστιο σωματίδιο, πόσο μάλλον ένα πλοίο, δεν μπορεί να πετάξει μέσα τους. Για να πετάξετε σε άλλο στόμα, παρακάμπτοντας τη μοναδικότητα, πρέπει να κινηθείτε πιο γρήγορα από το φως. Επί του παρόντος, οι φυσικοί πιστεύουν ότι οι ταχύτητες των σουπερνόβα της ενέργειας και της ύλης είναι θεμελιωδώς αδύνατες.
Μαύρες τρύπες του Schwarzschild και του Reisner-Nordström
Η μαύρη τρύπα Schwarzschild μπορεί να θεωρηθεί μια αδιαπέραστη σκουληκότρυπα. Όσο για τη μαύρη τρύπα Reisner-Nordström, είναι κάπως πιο περίπλοκη, αλλά και αδιάβατη. Ωστόσο, δεν είναι τόσο δύσκολο να καταλήξουμε και να περιγράψουμε τετραδιάστατες σκουληκότρυπες στο διάστημα που θα μπορούσαν να διασχιστούν. Απλώς πρέπει να επιλέξετε τον τύπο μέτρησης που χρειάζεστε. Ο μετρικός τανυστής, ή μετρικός, είναι ένα σύνολο τιμών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό των τετραδιάστατων διαστημάτων που υπάρχουν μεταξύ των σημείων συμβάντων. Αυτό το σύνολο τιμών χαρακτηρίζει πλήρως τόσο το βαρυτικό πεδίο όσο καιχωροχρονική γεωμετρία. Οι γεωμετρικά διασχίσιμες σκουληκότρυπες στο διάστημα είναι ακόμα πιο απλές από τις μαύρες τρύπες. Δεν έχουν ορίζοντες που οδηγούν σε κατακλυσμούς με το πέρασμα του χρόνου. Σε διαφορετικά σημεία, ο χρόνος μπορεί να κυλά με διαφορετικό ρυθμό, αλλά δεν πρέπει να σταματά ή να επιταχύνεται ατελείωτα.
Δύο γραμμές έρευνας σκουληκότρυπας
Η φύση έχει βάλει εμπόδιο στην εμφάνιση των σκουληκότρυπων. Ωστόσο, ένα άτομο είναι διατεταγμένο με τέτοιο τρόπο που αν υπάρχει ένα εμπόδιο, θα υπάρχουν πάντα εκείνοι που θέλουν να το ξεπεράσουν. Και οι επιστήμονες δεν αποτελούν εξαίρεση. Τα έργα των θεωρητικών που ασχολούνται με τη μελέτη των σκουληκότρυπων μπορούν να χωριστούν υπό όρους σε δύο περιοχές που αλληλοσυμπληρώνονται. Η πρώτη ασχολείται με την εξέταση των συνεπειών τους, υποθέτοντας εκ των προτέρων ότι υπάρχουν σκουληκότρυπες. Οι εκπρόσωποι της δεύτερης κατεύθυνσης προσπαθούν να καταλάβουν από τι και πώς μπορούν να εμφανιστούν, ποιες προϋποθέσεις είναι απαραίτητες για την εμφάνισή τους. Υπάρχουν περισσότερα έργα προς αυτή την κατεύθυνση από ό,τι στην πρώτη και, ίσως, είναι πιο ενδιαφέροντα. Αυτή η περιοχή περιλαμβάνει την αναζήτηση μοντέλων σκουληκότρυπων, καθώς και τη μελέτη των ιδιοτήτων τους.
Επιτεύγματα Ρώσων φυσικών
Όπως αποδείχθηκε, οι ιδιότητες της ύλης, που είναι το υλικό για την κατασκευή σκουληκότρυπων, μπορούν να πραγματοποιηθούν λόγω της πόλωσης του κενού των κβαντικών πεδίων. Σε αυτό το συμπέρασμα κατέληξαν πρόσφατα οι Ρώσοι φυσικοί Sergei Sushkov και Arkady Popov, μαζί με τον Ισπανό ερευνητή David Hochberg και τον Sergei Krasnikov. Το κενό σε αυτή την περίπτωση δεν είναικενότητα. Αυτή είναι μια κβαντική κατάσταση που χαρακτηρίζεται από τη χαμηλότερη ενέργεια, δηλαδή ένα πεδίο στο οποίο δεν υπάρχουν πραγματικά σωματίδια. Σε αυτό το πεδίο, εμφανίζονται συνεχώς ζεύγη «εικονικών» σωματιδίων, τα οποία εξαφανίζονται προτού ανιχνευθούν από συσκευές, αφήνοντας όμως το σημάδι τους με τη μορφή ενεργειακού τανυστή, δηλαδή μια ώθηση που χαρακτηρίζεται από ασυνήθιστες ιδιότητες. Παρά το γεγονός ότι οι κβαντικές ιδιότητες της ύλης εκδηλώνονται κυρίως στον μικρόκοσμο, οι σκουληκότρυπες που δημιουργούνται από αυτές, υπό ορισμένες συνθήκες, μπορούν να φτάσουν σημαντικά μεγέθη. Ένα από τα άρθρα του Krasnikov, παρεμπιπτόντως, ονομάζεται "The Threat of Wormholes".
Ένα ζήτημα φιλοσοφίας
Αν δημιουργηθούν ή ανακαλυφθούν ποτέ σκουληκότρυπες, το πεδίο της φιλοσοφίας που ασχολείται με την ερμηνεία της επιστήμης θα αντιμετωπίσει νέες προκλήσεις, και πρέπει να πω, πολύ δύσκολες. Παρά τον φαινομενικά παράλογο των χρονικών βρόχων και τα δύσκολα προβλήματα της αιτιότητας, αυτός ο τομέας της επιστήμης πιθανότατα θα το καταλάβει κάποια μέρα. Όπως ακριβώς ασχολήθηκαν με τα προβλήματα της κβαντικής μηχανικής και τη θεωρία της σχετικότητας που δημιούργησε ο Αϊνστάιν. Χώρος, χώρος και χρόνος - όλα αυτά τα ερωτήματα έχουν ενδιαφέρει τους ανθρώπους όλων των εποχών και, όπως φαίνεται, θα μας ενδιαφέρουν πάντα. Είναι σχεδόν αδύνατο να τα γνωρίσουμε πλήρως. Η εξερεύνηση του διαστήματος είναι απίθανο να ολοκληρωθεί ποτέ.
