Het sterrenuniversum zit vol mysteries. Volgens de algemene relativiteitstheorie (GR), gecreëerd door Einstein, leven we in een vierdimensionale ruimte-tijd. Het is gebogen en de zwaartekracht, die we allemaal kennen, is een manifestatie van deze eigenschap. Materie buigt, "buigt" de ruimte om zich heen, en hoe meer, hoe dichter het is. Ruimte, ruimte en tijd zijn allemaal zeer interessante onderwerpen. Na het lezen van dit artikel zul je zeker iets nieuws over hen leren.
Het idee van kromming
Veel andere zwaartekrachttheorieën, waarvan er tegenwoordig honderden zijn, verschillen in details van de algemene relativiteitstheorie. Al deze astronomische hypothesen behouden echter het belangrijkste: het idee van kromming. Als de ruimte gekromd is, dan kunnen we aannemen dat deze bijvoorbeeld de vorm kan aannemen van een pijp die gebieden verbindt die door vele lichtjaren van elkaar zijn gescheiden. En misschien zelfs tijdperken ver van elkaar. We hebben het immers niet over de voor ons bekende ruimte, maar over ruimte-tijd als we kijken naar de kosmos. Een gat erinverschijnen alleen onder bepaalde voorwaarden. We nodigen je uit om zo'n interessant fenomeen als wormgaten nader te bekijken.
Eerste ideeën over wormgaten
Deep space en zijn mysteries lonken. Gedachten over kromming verschenen onmiddellijk nadat GR was gepubliceerd. L. Flamm, een Oostenrijkse natuurkundige, zei al in 1916 dat ruimtelijke geometrie kan bestaan in de vorm van een soort gat dat twee werelden met elkaar verbindt. De wiskundige N. Rosen en A. Einstein merkten in 1935 op dat de eenvoudigste oplossingen van vergelijkingen in het kader van de algemene relativiteitstheorie, die geïsoleerde elektrisch geladen of neutrale bronnen beschrijven die zwaartekrachtvelden creëren, een ruimtelijke "brug" -structuur hebben. Dat wil zeggen, ze verbinden twee universums, twee bijna vlakke en identieke ruimtetijden.
Later werden deze ruimtelijke structuren bekend als "wormgaten", wat een nogal losse vertaling is van het Engelse woord wormgat. Een nauwere vertaling ervan is "wormgat" (in de ruimte). Rosen en Einstein sloten niet eens de mogelijkheid uit om deze "bruggen" te gebruiken om met hun hulp elementaire deeltjes te beschrijven. In dit geval is het deeltje inderdaad een puur ruimtelijke formatie. Daarom is het niet nodig om de bron van lading of massa specifiek te modelleren. En een verre externe waarnemer, als het wormgat microscopisch kleine afmetingen heeft, ziet alleen een puntbron met een lading en massa in een van deze ruimtes.
Einstein-Rosen "Bruggen"
Elektrische krachtlijnen komen van de ene kant het hol binnen en van de andere kant gaan ze naar buiten zonder ergens te eindigen of te beginnen. J. Wheeler, een Amerikaanse natuurkundige, zei bij deze gelegenheid dat "lading zonder lading" en "massa zonder massa" worden verkregen. Het is in dit geval helemaal niet nodig om te bedenken dat de brug dient om twee verschillende universums met elkaar te verbinden. Niet minder passend zou de veronderstelling zijn dat beide 'monden' van een wormgat hetzelfde universum ingaan, maar op verschillende tijdstippen en op verschillende punten erin. Het blijkt iets te zijn dat lijkt op een hol "handvat", als het aan een bijna vlakke vertrouwde wereld is genaaid. De krachtlijnen komen de mond binnen, wat kan worden begrepen als een negatieve lading (laten we zeggen een elektron). De mond waaruit ze vertrekken heeft een positieve lading (positron). Wat de massa betreft, ze zullen aan beide kanten hetzelfde zijn.
Voorwaarden voor de vorming van Einstein-Rosen "bruggen"
Deze foto heeft, ondanks al zijn aantrekkelijkheid, om vele redenen geen terrein gewonnen in de deeltjesfysica. Het is niet eenvoudig om kwantumeigenschappen toe te schrijven aan de Einstein-Rosen "bruggen", die onmisbaar zijn in de microwereld. Zo'n "brug" wordt helemaal niet gevormd voor bekende waarden van de ladingen en massa's van deeltjes (protonen of elektronen). De "elektrische" oplossing voorspelt in plaats daarvan een "kale" singulariteit, dat wil zeggen een punt waar het elektrische veld en de kromming van de ruimte oneindig worden. Op zulke punten is het conceptruimte-tijd, zelfs in het geval van kromming, verliest zijn betekenis, omdat het onmogelijk is om vergelijkingen op te lossen die een oneindig aantal termen hebben.
Wanneer mislukt GR?
Op zichzelf geeft OTO specifiek aan wanneer het niet meer werkt. In de nek, op de smalste plaats van de "brug", is er een schending van de soepelheid van de verbinding. En het moet gezegd dat het nogal non-triviaal is. Vanuit de positie van een verre waarnemer stopt de tijd bij deze nek. Wat Rosen en Einstein dachten dat de keel was, wordt nu gedefinieerd als de waarnemingshorizon van een zwart gat (geladen of neutraal). Stralen of deeltjes van verschillende kanten van de "brug" vallen op verschillende "secties" van de horizon. En tussen zijn linker- en rechtergedeelte bevindt zich relatief gezien een niet-statisch gebied. Om het gebied te passeren, is het onmogelijk om het niet te passeren.
Onvermogen om door een zwart gat te gaan
Een ruimteschip dat de horizon van een relatief groot zwart gat nadert, lijkt voor altijd te bevriezen. Steeds minder vaak bereiken signalen ervan … Integendeel, de horizon wordt volgens de scheepsklok in een eindige tijd bereikt. Wanneer een schip (een lichtstraal of een deeltje) het passeert, zal het al snel in een singulariteit terechtkomen. Dit is waar de kromming oneindig wordt. In de singulariteit (nog op weg ernaar toe) zal het uitgestrekte lichaam onvermijdelijk worden verscheurd en verpletterd. Dit is de realiteit van hoe een zwart gat werkt.
Verder onderzoek
In 1916-17. Reisner-Nordström en Schwarzschild oplossingen werden verkregen. In henbeschrijft sferisch symmetrische elektrisch geladen en neutrale zwarte gaten. Natuurkundigen waren echter pas aan het begin van de jaren vijftig en zestig in staat om de complexe geometrie van deze ruimtes volledig te begrijpen. Het was toen dat D. A. Wheeler, bekend van zijn werk in de theorie van zwaartekracht en kernfysica, de termen 'wormgat' en 'zwart gat' voorstelde. Het bleek dat er in de ruimten van Reisner-Nordström en Schwarzschild echt wormgaten in de ruimte zitten. Ze zijn volledig onzichtbaar voor een verre waarnemer, zoals zwarte gaten. En net als zij zijn wormgaten in de ruimte eeuwig. Maar als de reiziger voorbij de horizon doordringt, storten ze zo snel in dat noch een lichtstraal, noch een massief deeltje, laat staan een schip, er doorheen kan vliegen. Om naar een andere mond te vliegen, voorbij de singulariteit, moet je sneller dan het licht bewegen. Momenteel geloven natuurkundigen dat supernovasnelheden van energie en materie fundamenteel onmogelijk zijn.
Zwarte gaten van Schwarzschild en Reisner-Nordström
Het zwarte gat van Schwarzschild kan worden beschouwd als een ondoordringbaar wormgat. Het zwarte gat van Reisner-Nordström is iets gecompliceerder, maar ook onbegaanbaar. Toch is het niet zo moeilijk om vierdimensionale wormgaten in de ruimte te bedenken en te beschrijven die kunnen worden doorkruist. U hoeft alleen het type statistiek te kiezen dat u nodig heeft. De metrische tensor, of metriek, is een reeks waarden die kan worden gebruikt om de vierdimensionale intervallen te berekenen die bestaan tussen gebeurtenispunten. Deze reeks waarden karakteriseert volledig zowel het zwaartekrachtveld alsruimte-tijd geometrie. Geometrisch verplaatsbare wormgaten in de ruimte zijn zelfs eenvoudiger dan zwarte gaten. Ze hebben geen horizon die in de loop van de tijd tot rampen leidt. Op verschillende momenten kan de tijd in een ander tempo gaan, maar het mag niet eindeloos stoppen of versnellen.
Twee lijnen van wormgatonderzoek
De natuur heeft een barrière opgeworpen voor het verschijnen van wormgaten. Een persoon is echter zo ingericht dat als er een obstakel is, er altijd mensen zullen zijn die het willen overwinnen. En wetenschappers zijn geen uitzondering. De werken van theoretici die zich bezighouden met de studie van wormgaten kunnen voorwaardelijk worden verdeeld in twee gebieden die elkaar aanvullen. De eerste behandelt de overweging van hun gevolgen, ervan uitgaande dat er wormgaten bestaan. Vertegenwoordigers van de tweede richting proberen te begrijpen waaruit en hoe ze kunnen verschijnen, welke voorwaarden nodig zijn voor hun optreden. Er zijn meer werken in deze richting dan in de eerste en misschien zijn ze interessanter. Dit gebied omvat het zoeken naar modellen van wormgaten, evenals de studie van hun eigenschappen.
Prestaties van Russische natuurkundigen
Het bleek dat de eigenschappen van materie, het materiaal voor de constructie van wormgaten, kunnen worden gerealiseerd door de polarisatie van het vacuüm van kwantumvelden. Tot deze conclusie kwamen onlangs de Russische natuurkundigen Sergei Sushkov en Arkady Popov, samen met de Spaanse onderzoeker David Hochberg en Sergei Krasnikov. Het vacuüm is in dit geval nietleegte. Dit is een kwantumtoestand die wordt gekenmerkt door de laagste energie, dat wil zeggen een veld waarin geen echte deeltjes zijn. In dit veld verschijnen voortdurend paren "virtuele" deeltjes, die verdwijnen voordat ze door apparaten worden gedetecteerd, maar hun sporen achterlaten in de vorm van een energietensor, dat wil zeggen een impuls die wordt gekenmerkt door ongebruikelijke eigenschappen. Ondanks het feit dat de kwantumeigenschappen van materie zich voornamelijk manifesteren in de microkosmos, kunnen de door hen gegenereerde wormgaten, onder bepaalde omstandigheden, aanzienlijke afmetingen bereiken. Een van Krasnikovs artikelen heet trouwens "The Threat of Wormholes".
Een kwestie van filosofie
Als er ooit wormgaten worden gebouwd of ontdekt, zal het gebied van de filosofie dat zich bezighoudt met de interpretatie van wetenschap voor nieuwe uitdagingen komen te staan, en ik moet zeggen, zeer moeilijke. Ondanks alle schijnbaar absurditeit van tijdlussen en de harde problemen van causaliteit, zal dit wetenschapsgebied er waarschijnlijk ooit achter komen. Net zoals ze de problemen van de kwantummechanica en de relativiteitstheorie van Einstein behandelden. Ruimte, ruimte en tijd - al deze vragen hebben geïnteresseerde mensen van alle leeftijden en zullen ons blijkbaar altijd interesseren. Het is bijna onmogelijk om ze volledig te kennen. Ruimteverkenning zal waarschijnlijk nooit worden voltooid.
