Кротовые норы в космосе доступным языком: Кротовые норы или червоточины в космосе: что это доступным языком |

Содержание

Кротовые норы или червоточины в космосе: что это доступным языком

Категория: Развлечения

Возможно ли перемещение во временном пространстве через червоточины и что науке известно о них сейчас, рассмотрим подробно в данной статье.

Понятие червоточины

Для начала необходимо определиться, что такое червоточина. В физике допускается предположение, что две точки космоса, находящиеся на определенной дистанции, могут быть соединены каким-то переходом сквозь ткань времени и пространства. Наличие такого туннеля позволило бы сократить время перемещения между разными космическими телами, следовательно, стало бы наиболее удобным способом передвижения в космосе. Такие путешествия были бы доступными не только для космонавтов, но и для других людей тоже. Именно подобный туннель – это червоточина, или ее еще называют кротовая нора.

Как предположительно устроены кротовые норы в космосе

Появление гипотез о червоточинах обязано математическим операциям над уравнениями общей теории относительности. Предложим несколько мнений о том, как устроены кротовые норы в космосе доступным языком.

Допустим, есть связанная сингулярность между черной и белой дырами, которая и образует туннель, соединяющий точки разных пространств. В таком случае полученный коридор не был бы настолько прочен, чтобы сопротивляться пролетающим мимо телам. Для стабильности космического туннеля нужна материя с отрицательной массой, но подобной во Вселенной не существует. Следующей проблемой тогда бы был выход к пункту назначения. Как известно, горловина у предполагаемой кротовой норы находится в черной дыре. Это означает, что любое физическое тело, поступающее внутрь, остается в ней. Говоря простыми словами, кротовая нора – это тоннель лишь с входом, попасть в нее можно, но выхода не найти.

Реальная картина такая, что гравитационная сингулярность не может существовать между потенциальными областями пространства. Если черные дыры обнаружены в космосе, и доказано их появление в результате катастрофического сжатия массивных звезд, то о белых дырах на данный момент ничего не известно.

Ученые выдвинули еще одно предположение относительно проходимых кротовых нор. В основе для построения космической структуры лежат две заряженные черные дыры, но по причине противоположных зарядов у них, приводящих ко взаимному притяжению, получаемый объект все еще непрочен и непостоянен. Возникшая проблема решается при помощи вспомогательной поддержки космических струн – дефектов, возникающих в материи пространства-времени. Инертность струн, как сила веревок, позволит удерживать черные дыры на расстоянии друг от друга.

Как найти кротовую нору

Неизвестно, есть ли хотя бы одна кротовая нора в космосе, но так как ее существование не противоречит законам физики, то ученые предполагают, что нужно просто понять, где ее искать.

Общеизвестным фактом является наличие сверхмассивной черной дыры, получившей название Стрелец А*, находящейся на расстоянии в 30 тысяч световых лет от Земли. Она сможет обеспечить мощную гравитационную среду, способствующую возникновению червоточины. Наличие кротовой норы несомненно повлияет на находящиеся поблизости звезды.

Одним из ученых, занимающихся данным исследованием, являет Деян Стойкович. По его мнению, если по разные стороны пространственного туннеля будет хотя бы по звезде, они смогут чувствовать гравитационное влияние друг друга. В качестве одной из звезд, находящейся на краю червоточины, выделяют S2, вращающуюся вокруг Стрельца А*. К сожалению, на данный момент современные технологии и оборудование не позволяют измерить ее гравитационное состояние и изучить возможные аномалии.

Исследовательский проект по астрономии «Кротовые норы космосе»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Березовская средняя общеобразовательная школа

Карачевского района Брянской области

Тема исследовательской работы:

«Кротовые норы в космосе»

Предметное направление: астрономия

Номинация: Безграничные тайны космоса

Ф. И.О. автора:

Хромова Анастасия Сергеевна, 10 класс

Руководитель: Карсекина Ольга Владимировна,

учитель физики (астрономии) и математики

МБОУ Березовская СОШ Карачевского района

п. Березовка

2020 год

Содержание:

1. Введение. Актуальность вопроса	2
2. Цель. Задачи	3
3. История вопроса	4
4. Примеры «кротовых нор» в космосе	5
5. Заключение. Описание методики сбора материала	12
6. Литература	13
7. Приложения	13

Введение. Актуальность вопроса

Однажды, когда я была маленькой, мой папа смотрел по телевидению художественный фильм «Звездные врата», и как любопытный маленький ребенок, я с первых же кадров заинтересовалась происходящим на экране. Прошло уже около 10 лет, а сюжет до сих пор остался в моей памяти, т. к. способ перемещения во Вселенной был ясным и понятным и объяснял, как можно забыть про «скорость света» при перемещениях на огромные расстояния.

Сейчас мы живем в такое время, что любую информацию можно найти в Интернете. Но я считаю, что настоящие книги не должны отходить на второй план. Первой книгой по астрономии для меня была Энциклопедия по астрономии, которую я взяла в школьной библиотеке. В ней я и столкнулась впервые с темой моего проекта. С ней оказалось связано немало занимательных понятий из астрономии и физики. Так я начала изучать «кротовые норы» и все, что с ними связано.

Поэтому цель данной работы: познакомить вас с понятием «кротовые норы», использование которых будет служить новым этапом в научно-техническом прогрессе.

Тема космоса является одной из самых неизученных областей человеческой жизни. У ученых всегда возникает много вопросов, решить которые пока что трудно или вообще не представляется возможным.

В последние годы в средствах массовой информации появилось много сообщений об открытии учеными неких гипотетических объектов, называемых “кротовыми норами”. Более того, проскакивают сообщения о наблюдательном обнаружении таких объектов. К сожалению, большинство этих сообщений очень далеки от истины, более того, даже понятие о таких “кротовых норах” часто не имеет ничего общего с тем, что принято называть “кротовыми норами” в астрофизике.

Цель данной работы:

изучить понятие «кротовая нора», перспективы её использования в науке и жизни человека.

Задачи:

1.Изучить литературу по данному вопросу;

2.Собрать материал по теории;

3.Найти примеры и доказательства по этой теме;

4.Выяснить значение незнакомых терминов;

5.Проанализировать полученные результаты исследований и сделать собственные выводы.

История вопроса

Еще в 1916 году Эйнштейн высказывал предположение о существовании подобных явлений в космосе. Согласно исследованиям великого физика, кротовина – это способ пронзания пространства и времени таким образом, что возможно объединить две точки в космосе вместе, мгновенно переместившись из одной в другую, оказавшись за миллиарды световых лет от места старта.

Научно-обоснованная теория “кротовых нор” зародилась в астрофизике еще в 1935 году вместе с пионерской работой Эйнштейна и Розена. Но в той работе “кротовая нора” была названа авторами “мостом” между различными частями Вселенной. Ученые вывели математически выявили возможность существования кротовых нор (червоточин).

Попав в одну область входа червоточины, мгновенно объект окажется в области выхода. Раньше считалось, что пространство несгибаемое. Но после Общей относительности Эйнштейна оказалось, пространство искажается от воздействия массивных объектов.

Рисунок 1.

Англоязычным термином, который с 90-ых годов прижился для “кротовых нор” стал “wormhole” (вормхол), но первыми предложили этот термин еще в 1957 году американские астрофизики Мизнер и Уилер (это тот самый Уилер, который считается “отцом” американской водородной бомбы). На русский язык “wormhole” переводится как “червячная дыра”. Такой термин не нравился многим русскоговорящим астрофизикам, и в 2004 году было принято решение провести голосование по различным предложенным терминам для таких объектов. В результате этого голосования победил термин “кротовая нора”.

Рисунок 2. Наглядное изображение кротовых нор. Вместо длинного путешествия между двумя точками кротовые норы связывают эти точки кратчайшим образом. Изображение взято с сайта «https://www.popmech.ru»

Более того, согласно утверждению Эйнштейна, любая чёрная дыра — это кротовая нора. Подобного мнения придерживается ученый и исследователь Пабло Буэно. По его мнению, можно соотнести понятие червоточины и черной дыры. Его группе удалось зафиксировать гравитационные волны, исходящие от дыр, которые могут быть неправильно понятыми видами кротовых нор. И если ученым удастся поймать эхо в этих сигналах, это будет означать, что можно будет смело отменять существование черных дыр.

Буэно также считает, что так как у кротовых нор отсутствует горизонт событий, то они представляют собой пространственно-временной коридор, по которому действительно можно спокойно перемещаться, в конце концов попав в абсолютно другую Вселенную. Что такое горизонт событий? Для примера можно представить вид из окна многоэтажки, где не видно происходящее вне горизонта. Следовательно, оказавшись в черной дыре, невозможно рассмотреть, что творится внутри ее границ.

Так что же принято называть кротовой норой?

Можно дать разные определения кротовым норам, но общим для всех определений является свойство, согласно которому кротовая нора должна соединять между собой две неискривленных области пространства. Место соединения и называется кротовой норой, а его центральный участок – горловиной кротовой норы. Пространство вблизи горловины кротовой норы достаточно сильно искривлено.

Кротовая нора может соединять либо две разные вселенные, либо одну и ту же вселенную в разных частях. В последнем случае расстояние через кротовую нору (между входами в нее) может оказаться короче, чем расстояние между входами, измеренное снаружи (хотя это вовсе и необязательно).

Стоит ввести обозначение термина «вселенная» — часть пространства- времени, которое ограничено входами в кротовые норы и в черные дыры. Слово «вселенная» -пространство-время, ничем не ограниченное.

Строго говоря, понятия времени и расстояния в искривленном пространстве-времени перестают быть абсолютными величинами, т.е. такими, какими мы подсознательно всегда привыкли их считать. Речь идет о собственном времени, измеряемым наблюдателем, который свободно двигается (без ракетных или каких-либо других двигателей) почти со световой скоростью.

Кротовые норы, через которые может проходить свет и другая материя в обе стороны называются проходимыми кротовыми норами. Исходя из слова “проходимые” напрашивается вопрос: а есть-ли непроходимые кротовые норы? Да – есть. Это такие объекты, которые внешне (на каждом из входов) являются как-бы черной дырой, но внутри такой черной дыры нет сингулярности (сингулярностью в физике называют бесконечную плотность материи, которая разрывает и уничтожает любую другую материю, попадающую в нее). При этом свойство сингулярности обязательно для обычных черных дыр. А сама черная дыра определяется наличием у неё поверхности (сферы), из под которой наружу не может вырваться даже свет. Такая поверхность называется горизонтом черной дыры (или горизонтом событий).

Таким образом, материя может попасть внутрь непроходимой кротовой норы, но выйти из нее уже не может (очень похоже на свойство черной дыры). Более того, могут быть еще и полупроходимые кротовые норы, в которых материя или свет может проходить по кротовой норе только в одну сторону, но не может проходить в другую.

Рисунок 3. Схематичное изображение искривления двумерного пространства. Цифрами обозначены последовательные стадии перехода: от стадии неискривленного пространства (1) до стадии двумерной кротовой норы (7).

Как понять в какую сторону будет искривление?

Искривление будет одинаково для любой плоскости, проведенной через точку “O”, а направление тут не при чем. Само геометрическое свойство пространства меняется так, что и отношение длины окружности к радиусу меняется также! Некоторые ученые считают, что искривление пространства происходит в направлении нового (четвертого) измерения. Но сама теория относительности не нуждается в дополнительном измерении, ей хватает трех пространственных и одного временного измерения. Обычно временному измерению приписывают индекс нуль, а пространство-время обозначают как 3+1.

Рисунок 4.
Схематичное изображение искривления двумерного пространства в двумерной кротовой норе. Показано падение двумерного объекта (круга) на двумерную кротовую нору.

Чтобы ответить на этот вопрос обратимся к двумерной аналогии – см. рисунок 4.

Предположим, что тело является двумерной фигурой (рисунок, вырезанный из бумаги или другого материала), и этот рисунок скользит по поверхности, которая является воронкой. Причем скользит наш рисунок в направлении горловины воронки так, что прижимается к поверхности воронки всей своей поверхностью. Очевидно, что по мере приближения рисунка к горловине кривизна поверхности воронки нарастает, и поверхность рисунка начинает деформироваться в соответствии с формой воронки в данном месте рисунка. Наш рисунок (хоть он и бумажный), так же как и любое физическое тело обладает свойствами упругости, которые препятствуют его деформации.

В то же время материал рисунка оказывает физическое воздействие на материал, из которого сделана воронка. Можно сказать, что и воронка, и рисунок воздействуют силами упругости друг на друга.

Далее в принципе возможны четыре варианта:

1. Рисунок деформируется настолько, что проскочит через воронку, при этом он может и разрушиться (разорваться).
2. Рисунок и воронка деформируются недостаточно, чтобы рисунок проскочил (для этого нужно, чтобы рисунок имел достаточно большие размеры и прочность). Тогда рисунок застрянет в воронке и перекроет ее горловину для других тел.
3. Рисунок (точнее материал рисунка) разрушит (разорвет) материал воронки, т.е. такая двумерная кротовая нора будет разрушена.
4. Рисунок проскочит мимо горловины воронки (возможно задев ее при этом своим краем). Но это будет только в том случае, если вы недостаточно точно прицелили ваш рисунок на направление горловины.

Эти же четыре варианта возможны и для падения трехмерных физических тел в трехмерные кротовые норы. Вот так иллюзорно, на примере игрушечных моделей, можно описать кротовую нору в виде тоннеля без стенок.

Рисунок 5. (рисунок взят из книги А.Д. Линде “Инфляционная космология”)
Слева – модель хаотической инфляционной многоэлементной Вселенной без кротовых нор, справа – тоже, но с кротовыми норами.

Сегодня модель “хаотической инфляции” является основой современной космологии. Эта модель работает в рамках теории Эйнштейна и предполагает существование (кроме нашей) бесконечного количества других вселенных, возникающих после “большого взрыва”, образуя во время “взрыва” так-называемую “пространственно-временную пену”. Первые мгновения во время и после этого “взрыва” и являются основой модели “хаотической инфляции”.

В эти мгновения могут возникать первичные пространственно-временные тоннели (кротовые норы), которые, вероятно, сохраняются и после инфляции. Далее эти кротовые норы связывают различные районы нашей и других вселенных. Таким образом, эта модель открывает уникальную возможность исследования многоэлементной Вселенной и обнаружения нового типа объектов -– входов в кротовые норы.

Топология и кротовые норы

Кротовые норы могут соединять разные участки одной и той же вселенной или соединять разные вселенные. Как ни странно, но второй случай (соединения разных вселенных) оказывается математически гораздо более простым, чем случай соединения в одной и той же вселенной. Связано это вот с чем: математически гораздо проще описывать симметричную модель, чем модель с нарушенной симметрией.

Рисунок 6. (рисунок взят из Интернета)
Схематичное изображение двух разных топологий кротовых нор: слева – топология сферы и справа – топология тора.

Топология изучает свойства пространств разных типов.

Как должна выглядеть кротовая нора в мощный телескоп

Если кротовая нора является непроходимой, то отличить ее от черной дыры будет очень непросто. Зато если она проходима, то через нее можно наблюдать объекты и звезды в другой вселенной.

Рисунок 7.
На левой панели показан участок звездного неба, наблюдаемый через круглое отверстие в одной и той же вселенной (1 миллион одинаковых, равномерно-распределенных звезд). На средней панели показано звездное небо другой вселенной, наблюдаемое через статичную кротовую нору (1 миллион разных изображений от 210 069 одинаковых и равномерно-распределенных звезд в другой вселенной). На правой панели показано звездное небо другой вселенной, наблюдаемое через черно-белую дыру (1 миллион разных изображений от 58 892 одинаковых и равномерно-распределенных звезд в другой вселенной).

Рассмотрим простейшую (гипотетическую) модель звездного неба: на небе есть достаточно много одинаковых звезд, и все эти звезды равномерно распределены по небесной сфере. Тогда картина этого неба, наблюдаемая через круглое отверстие в одной и той же вселенной, будет такая, как показано на левой панели рисунка 7. На этой левой панели видно 1 миллион одинаковых, равномерно-распределенных звезд, поэтому изображение кажется почти однородным круглым пятном.

Если же мы наблюдаем такое же звездное небо (в другой вселенной) через горловину кротовой норы (из нашей вселенной), то картина изображений этих звезд будет выглядеть примерно так, как показано на центральной панели рисунка 7.

На правой панели рисунка 7 – аналогичная предыдущему случаю картина звездного неба другой вселенной, но наблюдаемая в нашей вселенной через черно-белую дыру.
Обратим внимание, что за счет эффектов, называемых в астрофизике гравитационным рассеянием, видимые нам на средней и правой панели рисунка 9 звезды меняют свою яркость (несмотря на то, что все они одинаковые и равномерно-распределены в другой вселенной) в зависимости от угла (по отношению к направлению на центр кротовой норы), под которым эти звезды видимы нам. Кроме этого, эффекты гравитационного рассеяния изменяют и среднюю плотность звезд вблизи конкретной точки. Причем изменение видимой яркости и средней плотности звезд оказываются связаны друг с другом: произведение видимой яркости на среднюю плотность звезд оказывается константой (не зависящей от угла).

Заключение. Почему это необходимо изучать?

Сегодня общая теория относительности является основой стандартной модели космологии, но ученые до конца еще не уверены в справедливости этой теории и этой модели для всех явлений космоса. Так вот, лишний раз подтвердить эти предположения (или их опровергнуть) можно только на космологических (вселенских) масштабах или с помощью изучения физических эффектов вблизи самой границы черных дыр или кротовых нор. Эта часть науки о космосе называется ультрарелятивистской астрофизикой.

Открытие «кротовых нор» — новая эра в физике и астрономии. Знания об этих объектах позволит людям бывать в других Вселенных, изучить структуру Материи, окружающий нас мир. Я уверена, она может привести в итоге к новой физике, к качественно новым теориям гравитации.

Во-вторых, черные дыры (черно-белые дыры) являются одним из основных источников энергии в активных ядрах галактик во Вселенной. В частности, это основные источники, дающие энергию для квазаров. То есть, материя из аккреционного диска вокруг центральной в галактике сверхмассивной черной дыры засасывается внутрь, при этом в результате сложных и разнообразных промежуточных процессов выделяется энергия, часть которой мы наблюдаем в виде светящейся струи от квазара (джета).

Необыкновенный объект космоса «черная дыра», связанный с «кротовой норой» должен быть изучен для понимания и практического использования человеком.

В-третьих, черные дыры и кротовые норы, возможно, является единственным типом объектов с нетривиальной топологией, которые связывают нашу Вселенную с другими вселенными, а также могут быть причиной существования сингулярностей. При этом без изучения черных дыр невозможно изучение и кротовых нор.

Литература и использованные материалы.

А. Шацкий «Черные дыры и кротовые норы»
А.Д. Линде «Инфляционная космология»,
Ст. Хокинг «Теория всего. От сингулярности до бесконечности: происхождение и судьба Вселенной»
А.Н. Петров «Гравитация. От хрустальных сфер до кротовых нор»
Дж. Фаулнз «Кротовые норы»
Интернет — ресурсы

Приложения

Рисунок 1.

Что такое червоточины?

Червоточина. Предоставлено: Интернет-энциклопедия науки.

При всем моем энтузиазме по поводу будущего человечества в космосе есть одна вопиющая проблема. Мы мягкие мясные мешки, состоящие в основном из воды, а те другие звезды действительно очень далеко. Даже с самыми оптимистичными технологиями космических полетов, которые мы можем себе представить, мы никогда не достигнем ни одной звезды за всю человеческую жизнь.

Реальность говорит нам, что даже самые близкие звезды непостижимо далеки, и для их путешествия потребуется огромное количество энергии или времени. Реальность говорит, что нам нужен корабль, который каким-то образом сможет просуществовать сотни или тысячи лет, пока поколение за поколением астронавты рождаются, живут своей жизнью и умирают в пути к другой звезде.

Научная фантастика, с другой стороны, привлекает нас своими соблазнительными методами продвинутого движения. Включите варп-двигатель и наблюдайте, как звезды проносятся мимо нас, делая путешествие к Альфе Центавра таким же быстрым, как прогулочный круиз.

Знаете, что еще проще? червоточина; волшебные ворота, соединяющие две точки в пространстве и времени друг с другом. Просто выровняйте шевроны, чтобы указать пункт назначения, подождите, пока звездные врата стабилизируются, а затем просто идите… идите! к месту назначения за полгалактики.

Да, было бы здорово. Кто-то действительно должен придумать эти червоточины, открывая смелое новое будущее межгалактических скоростных прогулок. Что такое червоточины, и как скоро я смогу их использовать?

Червоточина, также известная как мост Эйнштейна-Розена, представляет собой теоретический метод сворачивания пространства и времени, позволяющий соединить два места в пространстве вместе. Тогда вы могли бы мгновенно перемещаться из одного места в другое.

Мы воспользуемся классической демонстрацией из фильма «Интерстеллар», где вы проводите линию из двух точек на листе бумаги, затем сгибаете бумагу и протыкаете ее карандашом, чтобы сократить путь. Это прекрасно работает на бумаге, но является ли это реальной физикой?

Как учил нас Эйнштейн, гравитация — это не сила, притягивающая материю, как магнетизм, а деформация пространства-времени. Луна думает, что движется по прямой через пространство, но на самом деле она следует по искривленному пути, созданному гравитацией Земли.

Таким образом, согласно Эйнштейну и физику Натану Розену, пространство-время можно запутать настолько сильно, что две точки находятся в одном и том же физическом положении. Если бы вы могли тогда сохранить все это стабильным, вы могли бы аккуратно разделить две области пространства-времени так, чтобы они все еще находились в одном и том же месте, но разделены любым расстоянием, которое вам нравится.

Спуститесь вниз по гравитационному колодцу с одной стороны червоточины, а затем мгновенно окажитесь в другом месте. Миллионы или миллиарды световых лет от нас. Хотя теоретически червоточины можно создать, из того, что мы сейчас понимаем, это практически невозможно.

Первая большая проблема заключается в том, что в соответствии с общей теорией относительности через червоточины нельзя пройти. Так что имейте это в виду; физика, которая предсказывает эти вещи, запрещает использовать их в качестве средства передвижения. Это довольно серьезный удар по ним.

Во-вторых, даже если червоточины можно создать, они будут абсолютно нестабильны и разрушатся сразу после образования. Если бы вы попытались пройти в один конец, вы могли бы также войти в черную дыру.

В-третьих, даже если они проходимы и могут оставаться стабильными, в тот момент, когда любой материал попытается пройти через них — даже фотоны света — это заставит их разрушиться.

Однако есть проблеск надежды, потому что физики до сих пор не придумали, как объединить гравитацию и квантовую механику.

Это означает, что сама Вселенная может знать о червоточинах то, чего мы пока не понимаем. Вполне возможно, что они были созданы естественным образом в результате Большого взрыва, когда пространство-время всей Вселенной запуталось в сингулярности.

Астрономы предложили искать червоточины в космосе, наблюдая за тем, как их гравитация искажает свет звезд позади них. Ни один еще не появился.

Художественная иллюстрация космического корабля, проходящего через червоточину в далекую галактику. Кредит: НАСА

Одна из возможностей состоит в том, что червоточины естественным образом появляются подобно виртуальным частицам, о существовании которых мы знаем. За исключением того, что они были бы непостижимо малы по шкале Планка. Вам понадобится космический корабль меньшего размера.

Одно из самых захватывающих свойств червоточин заключается в том, что они могут позволить вам путешествовать во времени.

Вот как это работает. Сначала создайте червоточину в лаборатории. Затем взять один конец червоточины, поставить на космический корабль и улететь со значительным процентом от скорости света, чтобы подействовало замедление времени.

Для людей на космическом корабле пройдет всего несколько лет, в то время как для людей на Земле это могли быть сотни или даже тысячи. Если предположить, что червоточину можно сохранить стабильной, открытой и проходимой, тогда путешествие через нее будет интересным.

Если бы вы прошли в одном направлении, вы не только переместились бы на расстояние между червоточинами, но и перенеслись бы во время, которое переживает червоточина. Идите в одном направлении, и вы движетесь вперед во времени, идите в другом направлении: назад во времени.

Некоторые физики, такие как Леонард Сасскинд, считают, что это не сработает, потому что это нарушит два фундаментальных принципа физики: локальное сохранение энергии и принцип неопределенности энергии-времени.

К сожалению, кажется, что червоточины должны остаться в области научной фантастики в обозримом будущем, а может быть, и навсегда. Даже если возможно создать червоточины, вам нужно сохранить их стабильными и открытыми, а затем вы должны выяснить, как впустить в них материю, не разрушившись. Тем не менее, если бы мы могли понять это, это сделало бы космические путешествия очень удобными.

Источник:
Вселенная сегодня

Цитата :
Что такое червоточины? (2015, 8 декабря)
получено 20 декабря 2022 г.
с https://phys.org/news/2015-12-wormholes.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

ПРОДОЛЖЕНИЕ: Что такое «червоточина»? Было ли доказано существование червоточин или они все еще теоретические?

Ричард Ф. Холман — профессор физики Университета Карнеги-Меллона. Он предлагает такой ответ:

Червоточины — это решение
Уравнения поля Эйнштейна для гравитации, которые действуют как «туннели», соединяющие точки в пространстве-времени таким образом, что путешествие между точками через
через червоточину может занять гораздо меньше времени, чем путешествие через обычное пространство.

Первые решения, похожие на червоточины, были найдены при изучении
математическое решение для черных дыр. Там было обнаружено, что решение поддается расширению, геометрическая интерпретация которого
две копии геометрии черной дыры, соединенные «горлом» (известным как мост Эйнштейна-Розена). Горло — динамический объект
прикреплен к двум отверстиям, которые очень быстро пережимаются в узкую связь между ними.

С тех пор теоретики нашли другие червоточины
решения; эти решения соединяют различные типы геометрии на любом устье червоточины. Один удивительный аспект червоточин заключается в том, что потому что
они могут вести себя как «кратчайшие пути» в пространстве-времени, они должны допускать обратное путешествие во времени! Это свойство восходит к обычному утверждению, что если
может двигаться быстрее света, это означало бы, что мы можем общаться с прошлым.

Излишне говорить, что такая возможность вызывает беспокойство;
путешествие во времени допускало бы множество парадоксальных ситуаций, таких как возвращение в прошлое и убийство своего деда раньше отца.
родился (парадокс дедушки). Теперь возникает вопрос, можно ли на самом деле построить червоточину и перемещать ее.
таким образом, чтобы он стал пригодной для использования машиной времени.

Геометрия червоточин по своей природе нестабильна. Единственный материал, который можно использовать
для стабилизации их от выклинивания служит материал с отрицательной плотностью энергии, по крайней мере, в какой-то системе отсчета. Никакая классическая материя не может этого сделать,
но возможно, что квантовые флуктуации в различных полях могли бы это сделать.

Стивен Хокинг предположил, что червоточины могут быть
созданы, их нельзя использовать для путешествий во времени; даже с экзотической материей, стабилизирующей червоточину от ее собственной нестабильности, возразил он, вставив
частица в него дестабилизирует его достаточно быстро, чтобы предотвратить его использование. Это известно как гипотеза защиты хронологии.

Червоточины
большое теоретическое развлечение и, казалось бы, правильные решения уравнений Эйнштейна. Однако есть № 9.0068 экспериментальное свидетельство для них.
Это не должно мешать начинающим писателям-фантастам использовать их по мере необходимости!

Уильям А. Хискок — профессор физики в
Университет штата Монтана, Бозман, и является директором Консорциума космических грантов штата Монтана. Он добавляет некоторые детали:

Червоточина
туннельное соединение через пространство-время, очень похожее на настоящие туннели, пробуренные червями в (ньютоновском) яблоке. В настоящее время пространственно-временные червоточины
являются лишь теоретическими конструкциями, полученными из общей теории относительности; нет никаких экспериментальных доказательств их существования. Тем не менее теоретически
физики изучают математические свойства пространства-времени, содержащего червоточины, из-за их необычных свойств. Изучение таких странных
геометрия может помочь лучше различить границы поведения, разрешенного общей теорией относительности, а также, возможно, дать понимание
в эффекты, связанные с квантовой гравитацией.

Червоточина имеет два входа, соединенных «горлом», и обеспечивает путь, по которому может следовать путешественник
в дальнюю точку. Путь через червоточину топологически отличается от других путей, которыми можно было бы следовать к тому же месту назначения.

Что такое
подразумевается под топологически различными? Если бы муравей захотел переползти с одной стороны яблока на другую, на поверхности было бы много возможных путей.
соединение начальной точки с конечной. Эти пути не различны топологически: кусок эластичной нити, закрепленный в начале и конце
точки, и лежащие на одном таком пути, можно было бы скользить и растягивать по поверхности, чтобы лежать на любом другом таком пути. А теперь представьте, что муравей
вместо этого ползает 9с 0067 по червоточина в яблоке. Кусок веревки, проходящий через червоточину, не может плавно перемещаться таким образом.
как лежать вдоль одного из поверхностных путей (или через другую червоточину с теми же конечными точками, но другим маршрутом).

Для целей
В научной фантастике обычно предполагается, что червоточина в пространстве-времени представляет собой кратчайший путь, т. е. путешествие на небольшое расстояние через червоточину
туннеля, вы можете оказаться в пункте назначения, который может находиться на расстоянии световых лет в обычном космосе. С точки зрения теоретической физики
червоточины, однако нет особой причины, по которой расстояние должно быть короче; червоточина на самом деле может быть более длинным маршрутом (аналогично
к длинному, сложному, извилистому отверстию, которое червь мог бы оставить в яблоке, где входное и выходное устья могли бы быть довольно близко друг к другу на
поверхность).

Червоточины могут существовать в классических решениях уравнений Эйнштейна для черных дыр. Эти червоточины бесполезны для путешествий,
однако, поскольку они разрушаются до того, как какой-либо космический корабль (или даже луч света) может пройти через них. Кроме того, черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса
звезда вообще не имеет связанной червоточины.

«Проходимые» червоточины существуют в пространстве-времени червоточин, в которых червоточина остается открытой по крайней мере
достаточно долго для прохождения сигнала или объекта (космического корабля). Интерес к таким решениям типа «кротовых нор» в общей теории относительности стимулировался, когда
Майкл Моррис и Кип Торн из Калифорнийского технологического института исследовали общие свойства, необходимые для существования червоточины.
открытым. Они обнаружили, что если червоточина статична и неизменна во времени, то она должна содержать «экзотическую» материю. Такая материя имеет отрицательную энергию
плотности и большое отрицательное давление (или натяжение) — больше по величине, чем плотность энергии. Такая материя называется «экзотической», потому что ее так мало
напоминает все формы известной материи.

Все формы материи, известные физикам и химикам, имеют положительную плотность энергии (или, что то же самое,
положительная масса), и давления или напряжения, которые всегда меньше плотности энергии по величине. В натянутой резинке, например,
плотность в 10 ¹⁴ , или в 100 миллионов миллионов раз больше, чем натяжение. Единственный возможный источник «экзотической» материи, известный теоретическим
физика заключается в поведении определенных состояний вакуума в квантовой теории поля. Эта возможность находится в центре внимания большинства современных теоретических исследований.
с участием червоточин.

Такое исследование показало, что с помощью квантовых эффектов трудно открыть червоточину, намного большую, чем
характерная длина, связанная с квантовой гравитацией, известная как длина Планка (около 10 90 101 -33 90 102 сантиметра). Если бы червоточина была
ненамного больше этого, то она была бы не только бесполезна для транспортировки космических кораблей, но и для описания дыры понадобилась бы квантовая гравитация.

Анализ поведения квантованных полей в пространстве-времени червоточин, проведенный Л.Х. Фордом и Т.А. Роман, Бретт Э. Тейлор, Уильям А. Хискок и
Пол Р. Андерсон и другие показали, что маловероятно, чтобы эффекты квантового поля могли удерживать открытыми макроскопические червоточины. С другой стороны,
Дэвид Хохберг, А.Д. Попов и Сергей В. Сушков нашли решение червоточины, используя приближенные выражения для квантованного скалярного поля,
но должны были сделать ряд предположений относительно (неизвестных) параметров квантовой гравитации в своей работе.

Хотя в настоящее время появляется
маловероятно, что природа допускает существование макроскопических червоточин, в аргументах все же имеется достаточная неопределенность, позволяющая теоретически
физикам продолжить изучение этого странного и интригующего аспекта пространства-времени.

И еще один ответ пришел от Мэтта Виссера, доцента физики Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
Louis:

Червоточины — это гипотетические объекты, которые обнаруживаются при теоретическом анализе теории гравитации Эйнштейна (общая теория относительности).
Никто еще не видел червоточины, и мы не уверены, что они существуют, но кажется, что они обнаруживаются так легко, когда мы проводим вычисления, что многие
физики подозревают, что они действительно могут быть там, в реальной вселенной.

Существует два основных типа червоточин, представляющих интерес для физиков:
Лоренцевы червоточины (общая теория относительности) и евклидовы червоточины (физика элементарных частиц).

Лоренцевы червоточины, по сути, являются короткими путями
сквозь пространство и время. Их в основном изучают специалисты по гравитации Эйнштейна, и если бы они существовали в реальной жизни, то были бы более или менее похожи на
червоточина на Star Trek: Deep Space 9 . (Но помните, шоу — это всего лишь развлечение, так что не пытайтесь извлечь из DS9 детализированную физику.;
в лучшем случае это даст вам смутное общее представление о том, что происходит.)

Хорошая новость о лоренцевских червоточинах заключается в том,
тяжелая работа, мы не можем доказать, что их не существует. Плохая новость заключается в том, что это очень странные объекты: если они вообще существуют, им нужно большое количество ресурсов.
отрицательной массой, чтобы удерживать их открытыми и предотвращать их разрушение. (Отрицательная масса — это не антиматерия, это область, в которой энергия Вселенной
меньше, чем в обычном вакууме — определенно странный материал.) Мы можем получить небольшое количество отрицательной энергии в лаборатории (эффект Казимира),
но получение больших количеств, необходимых для открытия лоренцевской червоточины приличного размера, выглядит безнадежным с современными технологиями. (И там
могут быть глубокие принципиальные проблемы, мешающие нам собрать много негативной энергии в одном месте.)

Если лоренцевы червоточины существуют, то
классически кажется относительно легким превратить их в машины времени. Эта смущающая черта побудила Стивена Хокинга обнародовать свою
Гипотеза защиты хронологии. Согласно этой гипотезе, квантовые эффекты будут эффективно предотвращать путешествия во времени, даже если это выглядит
как классическая физика может позволить путешествовать во времени.