Hviezdny vesmír je plný mnohých záhad. Podľa všeobecnej teórie relativity (GR), ktorú vytvoril Einstein, žijeme v štvorrozmernom časopriestore. Je zakrivená a prejavom tejto vlastnosti je nám všetkým známa gravitácia. Hmota sa ohýba, „ohýba“priestor okolo seba a čím viac, tým je hustejšia. Priestor, priestor a čas sú veľmi zaujímavé témy. Po prečítaní tohto článku sa o nich určite dozviete niečo nové.
Myšlienka zakrivenia
Mnoho iných teórií gravitácie, ktorých sú dnes stovky, sa od všeobecnej relativity líšia v detailoch. Všetky tieto astronomické hypotézy si však zachovávajú hlavnú vec - myšlienku zakrivenia. Ak je priestor zakrivený, potom môžeme predpokladať, že by mohol mať napríklad tvar potrubia spájajúceho oblasti, ktoré sú oddelené mnohými svetelnými rokmi. A možno aj éry vzdialené od seba. Koniec koncov, nehovoríme o priestore, ktorý je nám známy, ale o časopriestore, keď uvažujeme o kozme. Diera v nejsa objavia len za určitých podmienok. Pozývame vás, aby ste sa bližšie pozreli na taký zaujímavý fenomén, akým sú červie diery.
Prvé nápady o červích dierach
Hlboký vesmír a jeho tajomstvá lákajú. Úvahy o zakrivení sa objavili hneď po zverejnení GR. L. Flamm, rakúsky fyzik, už v roku 1916 povedal, že priestorová geometria môže existovať vo forme akejsi diery, ktorá spája dva svety. Matematici N. Rosen a A. Einstein si v roku 1935 všimli, že najjednoduchšie riešenia rovníc v rámci všeobecnej teórie relativity, popisujúce izolované elektricky nabité alebo neutrálne zdroje, ktoré vytvárajú gravitačné polia, majú priestorovú „mostovú“štruktúru. To znamená, že spájajú dva vesmíry, dva takmer ploché a identické časopriestory.
Neskôr sa tieto priestorové štruktúry stali známymi ako „červí diery“, čo je dosť voľný preklad anglického slova wormhole. Jeho bližší preklad je „červí diera“(vo vesmíre). Rosen a Einstein dokonca nevylúčili možnosť použiť tieto „mosty“na opis elementárnych častíc s ich pomocou. V tomto prípade je častica čisto priestorovým útvarom. Preto nie je potrebné špecificky modelovať zdroj náboja alebo hmoty. A vzdialený vonkajší pozorovateľ, ak má červia diera mikroskopické rozmery, vidí v jednom z týchto priestorov iba bodový zdroj s nábojom a hmotnosťou.
Einstein-Rosen "Mosty"
Elektrické siločiary vstupujú do nory z jednej strany a z druhej strany vychádzajú bez toho, aby niekde končili alebo začínali. J. Wheeler, americký fyzik, pri tejto príležitosti povedal, že sa získa „náboj bez náboja“a „hmotnosť bez hmotnosti“. V tomto prípade vôbec nie je potrebné uvažovať o tom, že most slúži na prepojenie dvoch rôznych vesmírov. Nemenej vhodný by bol predpoklad, že obe „ústa“červej diery vychádzajú do toho istého vesmíru, ale v rôznych časoch a na rôznych miestach v ňom. Ukáže sa niečo, čo sa podobá dutej „rúčke“, ak je prišité k takmer plochému známemu svetu. Do úst vstupujú siločiary, ktoré možno chápať ako záporný náboj (povedzme elektrón). Ústa, z ktorých vychádzajú, majú kladný náboj (pozitrón). Čo sa týka masy, tie budú na oboch stranách rovnaké.
Podmienky pre vznik Einstein-Rosenových „mostov“
Tento obrázok sa napriek všetkej svojej príťažlivosti nepresadil vo fyzike častíc z mnohých dôvodov. Pripísať kvantové vlastnosti Einstein-Rosenovým „mostom“, ktoré sú v mikrosvete nepostrádateľné, nie je jednoduché. Pre známe hodnoty nábojov a hmotností častíc (protónov alebo elektrónov) sa takýto "most" vôbec nevytvorí. „Elektrické“riešenie namiesto toho predpovedá „holú“singularitu, to znamená bod, v ktorom sa elektrické pole a zakrivenie priestoru stanú nekonečnými. V takýchto bodoch konceptčasopriestor aj v prípade zakrivenia stráca zmysel, pretože nie je možné riešiť rovnice, ktoré majú nekonečný počet členov.
Kedy GR zlyhá?
Sama o sebe OTO presne uvádza, kedy prestane fungovať. Na krku, v najužšom mieste "mostu", dochádza k porušeniu plynulosti spojenia. A treba povedať, že je to dosť netriviálne. Z pozície vzdialeného pozorovateľa sa na tomto krku zastaví čas. To, čo Rosen a Einstein považovali za hrdlo, je teraz definované ako horizont udalostí čiernej diery (či už nabitej alebo neutrálnej). Lúče alebo častice z rôznych strán „mostu“dopadajú na rôzne „úseky“horizontu. A medzi jeho ľavou a pravou časťou je relatívne vzaté nestatická oblasť. Ak chcete prejsť oblasťou, nie je možné ju neprejsť.
Neschopnosť prejsť čiernou dierou
Zdá sa, že vesmírna loď, ktorá sa blíži k horizontu relatívne veľkej čiernej diery, navždy zamrzne. Čoraz menej často signály z nej dosahujú … Naopak, horizont podľa lodných hodín sa dosahuje v konečnom čase. Keď okolo nej prejde loď (lúč svetla alebo častica), čoskoro sa dostane do singularity. Toto je miesto, kde sa zakrivenie stáva nekonečným. V singularite (stále na ceste k nej) sa predĺžené telo nevyhnutne roztrhne a rozdrví. Toto je realita fungovania čiernej diery.
Ďalší výskum
V rokoch 1916-17. Získali sa roztoky Reisner-Nordström a Schwarzschild. V nichsféricky opisuje symetrické elektricky nabité a neutrálne čierne diery. Fyzici však dokázali plne pochopiť zložitú geometriu týchto priestorov až na prelome 50. a 60. rokov 20. storočia. Vtedy D. A. Wheeler, známy svojou prácou v teórii gravitácie a jadrovej fyzike, navrhol termíny „červí diera“a „čierna diera“. Ukázalo sa, že v priestoroch Reisner-Nordström a Schwarzschild skutočne existujú vo vesmíre červie diery. Pre vzdialeného pozorovateľa sú úplne neviditeľné ako čierne diery. A ako oni, aj červie diery vo vesmíre sú večné. No ak cestovateľ prenikne za horizont, zrútia sa tak rýchlo, že cez ne nepreletí ani lúč svetla, ani masívna častica, nieto ešte loď. Ak chcete preletieť do iného ústia a obísť singularitu, musíte sa pohybovať rýchlejšie ako svetlo. V súčasnosti fyzici veria, že rýchlosti supernov energie a hmoty sú v podstate nemožné.
Čierne diery Schwarzschilda a Reisnera-Nordströma
Schwarzschildovu čiernu dieru možno považovať za nepreniknuteľnú červiu dieru. Čo sa týka čiernej diery Reisner-Nordström, je to o niečo komplikovanejšie, ale tiež nepriechodné. Napriek tomu nie je také ťažké vymyslieť a opísať štvorrozmerné červie diery vo vesmíre, ktorými by sa dalo prejsť. Stačí si vybrať typ metriky, ktorý potrebujete. Metrický tenzor alebo metrika je súbor hodnôt, ktoré možno použiť na výpočet štvorrozmerných intervalov, ktoré existujú medzi bodmi udalostí. Tento súbor hodnôt plne charakterizuje gravitačné pole ajčasopriestorová geometria. Geometricky priechodné červie diery vo vesmíre sú ešte jednoduchšie ako čierne diery. Nemajú horizonty, ktoré by postupom času viedli ku kataklizmám. V rôznych bodoch môže čas plynúť iným tempom, no nemal by sa nekonečne zastavovať ani zrýchľovať.
Dva línie výskumu červích dier
Príroda postavila bariéru vzniku červích dier. Človek je však usporiadaný tak, že ak je prekážka, vždy sa nájdu takí, ktorí ju chcú prekonať. A vedci nie sú výnimkou. Diela teoretikov, ktorí sa zaoberajú štúdiom červích dier, možno podmienečne rozdeliť do dvoch oblastí, ktoré sa navzájom dopĺňajú. Prvý sa zaoberá úvahou o ich dôsledkoch, pričom vopred predpokladá, že červie diery skutočne existujú. Zástupcovia druhého smeru sa snažia pochopiť, z čoho a ako sa môžu objaviť, aké podmienky sú potrebné na ich výskyt. V tomto smere je viac diel ako v prvom a možno sú aj zaujímavejšie. Táto oblasť zahŕňa vyhľadávanie modelov červích dier, ako aj štúdium ich vlastností.
Úspechy ruských fyzikov
Ako sa ukázalo, vlastnosti hmoty, ktorá je materiálom na stavbu červích dier, je možné realizovať vďaka polarizácii vákua kvantových polí. K tomuto záveru nedávno dospeli ruskí fyzici Sergej Suškov a Arkadij Popov spolu so španielskym výskumníkom Davidom Hochbergom a Sergejom Krasnikovom. Vákuum v tomto prípade nie jeprázdnota. Toto je kvantový stav charakterizovaný najnižšou energiou, teda poľom, v ktorom nie sú žiadne skutočné častice. V tomto poli sa neustále objavujú páry „virtuálnych“častíc, ktoré miznú skôr, ako ich zachytia zariadenia, no zanechávajú svoju stopu v podobe tenzora energie, teda impulzu s nezvyčajnými vlastnosťami. Napriek tomu, že kvantové vlastnosti hmoty sa prejavujú najmä v mikrokozme, nimi generované červie diery môžu za určitých podmienok dosahovať značné veľkosti. Jeden z Krasnikovových článkov sa mimochodom volá „Hrozba červích dier“.
Otázka filozofie
Ak sa niekedy postavia alebo objavia červie diery, oblasť filozofie zaoberajúca sa interpretáciou vedy bude čeliť novým výzvam, a musím povedať, že veľmi ťažkým. Napriek všetkej zdanlivej absurdnosti časových slučiek a ťažkých problémov kauzality táto oblasť vedy pravdepodobne jedného dňa príde na to. Rovnako ako sa zaoberali problémami kvantovej mechaniky a teóriou relativity, ktorú vytvoril Einstein. Priestor, priestor a čas – všetky tieto otázky zaujímajú ľudí všetkých vekových kategórií a zrejme vždy budú zaujímať aj nás. Je takmer nemožné ich úplne poznať. Prieskum vesmíru pravdepodobne nebude nikdy dokončený.
