jar

Za publikovanie práce so základnými rovnicami všeobecnej relativity (GR). Neskôr sa ukázalo, že nová teória gravitácie, ktorá má v roku 2015 sto rokov, predpovedá existenciu čiernych dier a časopriestorových tunelov. Lenta.ru vám o nich povie.

Čo je GTO

Všeobecná relativita je založená na princípoch ekvivalencie a všeobecnej kovariancie. Prvý (slabý princíp) znamená proporcionalitu zotrvačných (spojených s pohybom) a gravitačných (spojených s gravitáciou) hmôt a umožňuje (silný princíp) v obmedzenej oblasti priestoru nerozlišovať medzi gravitačným poľom a zrýchleným pohybom. Klasickým príkladom je výťah. Pri jeho rovnomerne zrýchlenom pohybe smerom nahor voči Zemi pozorovateľ v ňom nedokáže určiť, či sa nachádza v silnejšom gravitačnom poli alebo sa pohybuje v objekte vytvorenom človekom.

Druhý princíp (všeobecná kovariancia) predpokladá, že všeobecné rovnice relativity si zachovávajú svoj tvar počas transformácií špeciálnej teórie relativity, ktorú vytvoril Einstein a ďalší fyzici do roku 1905. Myšlienky ekvivalencie a kovariancie viedli k potrebe uvažovať o jedinom časopriestore, ktorý je zakrivený v prítomnosti masívnych objektov. To odlišuje všeobecnú teóriu relativity od klasickej Newtonovej teórie gravitácie, kde je priestor vždy plochý.

Všeobecná relativita v štyroch dimenziách zahŕňa šesť nezávislých parciálnych diferenciálnych rovníc. Na ich vyriešenie (nájsť explicitnú podobu metrického tenzora popisujúceho zakrivenie časopriestoru) je potrebné špecifikovať okrajové a súradnicové podmienky, ako aj tenzor energie-hybnosti. Ten popisuje rozloženie hmoty v priestore a spravidla je spojený so stavovou rovnicou používanou v teórii. Okrem toho všeobecné rovnice relativity umožňujú zavedenie kozmologickej konštanty (lambda termín), ktorá je často spojená s temnou energiou a pravdepodobne zodpovedajúcim skalárnym poľom.

V roku 1916 nemecký matematický fyzik Karl Schwarzschild našiel prvé riešenie všeobecných rovníc relativity. Popisuje gravitačné pole vytvorené centrálne symetrickým rozložením hmôt s nulovým elektrickým nábojom. Toto riešenie obsahovalo takzvaný gravitačný polomer telesa, ktorý určuje veľkosť objektu so sféricky symetrickým rozložením hmoty, ktorý fotóny (kvantá elektromagnetického poľa pohybujúce sa rýchlosťou svetla) nedokážu opustiť.

Takto definovaná Schwarzschildova guľa je identická s konceptom horizontu udalostí a hmotný objekt ňou ohraničený je totožný s čiernou dierou. Vnímanie telesa približujúceho sa k nemu v rámci všeobecnej relativity sa líši v závislosti od polohy pozorovateľa. Pre pozorovateľa spojeného s telom dôjde k dosiahnutiu Schwarzschildovej gule v konečnom správnom čase. Pre vonkajšieho pozorovateľa bude priblíženie telesa k horizontu udalostí trvať nekonečne dlho a bude vyzerať ako jeho neobmedzený pád do Schwarzschildovej gule.

K teórii neutrónových hviezd prispeli aj sovietski teoretickí fyzici. V článku „O teórii hviezd“ z roku 1932 Lev Landau predpovedal existenciu neutrónových hviezd a v práci „O zdrojoch hviezdnej energie“, publikovanej v roku 1938 v časopise Nature, navrhol existenciu hviezd s neutrónom. jadro.

Ako sa masívne objekty menia na čierne diery? Konzervatívnu a v súčasnosti najuznávanejšiu odpoveď na túto otázku dali v roku 1939 teoretickí fyzici Robert Oppenheimer (v roku 1943 sa stal vedeckým riaditeľom projektu Manhattan, v rámci ktorého bola v USA vytvorená prvá atómová bomba na svete) a jeho postgraduálny študent Hartland Snyder.

V 30. rokoch 20. storočia sa astronómovia začali zaujímať o otázku budúcnosti hviezdy, ak jej dôjde jadrové palivo. Pre malé hviezdy ako Slnko povedie evolúcia k premene na bielych trpaslíkov, v ktorých je sila gravitačnej kompresie vyvážená elektromagnetickým odpudzovaním elektrón-nukleárnej plazmy. U ťažších hviezd sa gravitácia ukáže byť silnejšia ako elektromagnetizmus a vznikajú neutrónové hviezdy. Jadro takýchto objektov je vyrobené z neutrónovej kvapaliny a je pokryté tenkou plazmovou vrstvou elektrónov a ťažkých jadier.

Obrázok: East News

Hraničnú hodnotu hmotnosti bieleho trpaslíka, ktorá mu bráni premeniť sa na neutrónovú hviezdu, prvýkrát odhadol v roku 1932 indický astrofyzik Subramanyan Chandrasekhar. Tento parameter je vypočítaný z podmienok rovnováhy degenerovaného elektrónového plynu a gravitačných síl. Moderná hodnota Chandrasekharovho limitu sa odhaduje na 1,4 hmotnosti Slnka.

Horná hranica hmotnosti neutrónovej hviezdy, pri ktorej sa nepremení na čiernu dieru, sa nazýva Oppenheimer-Volkoffov limit. Určené z podmienky rovnováhy medzi tlakom degenerovaného neutrónového plynu a gravitačnými silami. V roku 1939 bola získaná hodnota 0,7 hmotnosti Slnka, moderné odhady sa pohybujú od 1,5 do 3,0.

červiu dieru

Fyzicky je červia diera tunel spájajúci dve vzdialené oblasti časopriestoru. Tieto oblasti môžu byť v rovnakom vesmíre alebo môžu spájať rôzne body rôznych vesmírov (v rámci konceptu multivesmíru). Podľa možnosti návratu cez otvor sa delia na priechodné a nepriechodné. Nepriechodné diery sa rýchlo uzavrú a zabránia prípadnému cestovateľovi v návrate.

Z matematického hľadiska je červia diera hypotetický objekt získaný ako špeciálne nesingulárne (konečné a s fyzikálnym významom) riešenie všeobecných rovníc relativity. Typicky sú červie diery zobrazené ako ohnutý dvojrozmerný povrch. Z jednej strany na druhú sa dostanete buď bežným spôsobom, alebo tunelom, ktorý ich spája. Vo vizuálnom prípade dvojrozmerného priestoru je možné vidieť, že to umožňuje výrazne znížiť vzdialenosť.

V dvoch rozmeroch sú hrdlá červej diery - otvory, z ktorých tunel začína a končí - v tvare kruhu. V troch rozmeroch vyzerá krk červej diery ako guľa. Takéto objekty sú tvorené z dvoch singularít v rôznych časopriestorových oblastiach, ktoré sú v hyperpriestore (priestor vyššej dimenzie) priťahované k sebe a vytvárajú dieru. Keďže diera je časopriestorový tunel, môžete ňou cestovať nielen v priestore, ale aj v čase.

Ludwig Flamm bol prvým, kto v roku 1916 poskytol riešenia všeobecných rovníc relativity typu červej diery. Jeho práca, ktorá popisovala červiu dieru s guľovitým hrdlom bez gravitačnej hmoty, pozornosť vedcov nevzbudila. V roku 1935 Einstein a americko-izraelský teoretický fyzik Nathan Rosen, ktorí Flammovu prácu nepoznali, našli podobné riešenie rovníc všeobecnej relativity. V tejto práci ich poháňala túžba spojiť gravitáciu s elektromagnetizmom a zbaviť sa singularít Schwarzschildovho riešenia.

V roku 1962 americkí fyzici John Wheeler a Robert Fuller ukázali, že červia diera Flamm a most Einstein-Rosen sa rýchlo zrútia, a preto sú nepriechodné. Prvé riešenie všeobecných rovníc relativity s priechodnou červou dierou navrhol v roku 1986 americký fyzik Kip Thorne. Jeho červia diera je vyplnená hmotou so zápornou priemernou hustotou hmoty, ktorá bráni uzavretiu tunela. Elementárne častice s takýmito vlastnosťami sú pre vedu stále neznáme. Pravdepodobne by mohli byť súčasťou temnej hmoty.

Dnešná gravitácia

Schwarzschildovo riešenie je pre čierne diery najjednoduchšie. Teraz boli opísané rotujúce a nabité čierne diery. Konzistentná matematická teória čiernych dier a súvisiacich singularít bola vyvinutá v prácach britského matematika a fyzika Rogera Penrosa. V roku 1965 publikoval článok v časopise Physical Review Letters s názvom „Gravitational Collapse and Spacetime Singularities“.

Opisuje vznik takzvaného povrchu pasce, ktorý vedie k vývoju hviezdy na čiernu dieru a vzniku singularity – črty časopriestoru, kde všeobecné rovnice relativity dávajú riešenia, ktoré sú z fyzikálneho hľadiska nesprávne. pohľadu. Penroseove zistenia sa považujú za prvý veľký matematicky rigorózny výsledok všeobecnej teórie relativity.

Čoskoro potom vedec spolu s Britom Stephenom Hawkingom ukázali, že v dávnej minulosti bol vesmír v stave s nekonečnou hustotou hmoty. Singularity, ktoré vznikajú vo všeobecnej teórii relativity a sú opísané v prácach Penrosea a Hawkinga, nemožno v modernej fyzike vysvetliť. To vedie najmä k nemožnosti opísať prírodu pred Veľkým treskom bez použitia ďalších hypotéz a teórií, napríklad kvantovej mechaniky a teórie strún. Rozvoj teórie červích dier je v súčasnosti tiež nemožný bez kvantovej mechaniky.

Skupina fyzikov z Nemecka a Grécka pod generálnym vedením Burkharda Clayhausa predstavila zásadne nový pohľad na problém červích dier. Tak sa volajú hypotetické objekty, kde dochádza ku zakriveniu priestoru a času.

Verí sa, že sú to tunely, cez ktoré sa dá v jednom okamihu cestovať do iných svetov.

Červí diery, alebo tiež červie diery, ako sa im hovorí, pozná každý fanúšik sci-fi, kde sú tieto objekty popísané veľmi názorne a pôsobivo (hoci v knihách sa im hovorí častejšie nulový priestor). Práve vďaka nim sa môžu hrdinovia presunúť z jednej galaxie do druhej vo veľmi krátkom čase. Čo sa týka skutočných červích dier, situácia s nimi je oveľa komplikovanejšia. Stále nie je jasné, či skutočne existujú, alebo je to všetko výsledkom bujnej fantázie teoretických fyzikov.

Podľa tradičných názorov, červie diery sú nejakou hypotetickou vlastnosťou nášho vesmíru, alebo skôr priestoru a času. Podľa koncepcie Einsteinovho-Rosenovho mosta sa v každom okamihu môžu v našom vesmíre objaviť určité tunely, ktorými sa môžete dostať z jedného bodu vo vesmíre do druhého takmer okamžite (teda bez straty času).

Zdalo by sa, že sa s ich pomocou môžete teleportovať do sýtosti! Ale tu je problém: po prvé, tieto červie diery sú extrémne malé (ľahko sa nimi môžu pohybovať len elementárne častice) a po druhé, existujú extrémne krátky čas, milióntiny sekundy. Preto je mimoriadne ťažké ich študovať – doteraz neboli všetky modely červích dier experimentálne potvrdené.

Vedci však stále majú určitú predstavu o tom, čo by mohlo byť vo vnútri takého tunela (aj keď, bohužiaľ, je to tiež len teoretické). Verí sa, že všetko je tam naplnené takzvanou exotickou hmotou (nezamieňať s temnou hmotou, ide o rozdielne hmoty). A táto hmota dostala svoju prezývku podľa toho, že pozostáva zo zásadne odlišných elementárnych častíc. A preto sa v ňom nedodržiava väčšina fyzikálnych zákonov - najmä energia môže mať negatívnu hustotu, gravitačná sila nepriťahuje, ale odpudzuje predmety atď. Vo všeobecnosti je vo vnútri tunela všetko úplne iné ako u bežných ľudí. Ale je to práve táto nepravidelná hmota, ktorá poskytuje ten veľmi zázračný prechod cez červiu dieru.

Einsteinova slávna všeobecná teória relativity je v skutočnosti veľmi lojálna k možnosti existencie červích dier – existenciu takýchto tunelov nevyvracia (hoci to nepotvrdzuje). No, čo nie je zakázané, je, ako vieme, dovolené. Mnohí astrofyzici sa preto už od polovice minulého storočia aktívne pokúšali nájsť stopy aspoň nejakej viac či menej stabilnej červej diery.

Prísne vzaté, ich záujem sa dá pochopiť – ak sa ukáže, že takýto tunel je v princípe možný, potom sa cestovanie cez neho do vzdialených svetov stane veľmi jednoduchou záležitosťou (samozrejme za predpokladu, že sa červia diera nachádza neďaleko od Slnka). systém). Pátranie po tomto objekte však komplikuje skutočnosť, že vedci stále, prísne vzaté, celkom nerozumejú tomu, čo presne hľadať. V skutočnosti nie je možné priamo vidieť túto dieru, pretože rovnako ako čierne diery nasáva všetko do seba (vrátane žiarenia), ale nič neuvoľňuje. Potrebujeme nejaké nepriame znaky jeho existencie, ale otázka znie – čo vlastne?

A nedávno skupina fyzikov z Nemecka a Grécka pod generálnym vedením Burkharda Clayhausa z univerzity v Oldenburgu (Nemecko) s cieľom zmierniť utrpenie astrofyzikov predstavila zásadne nový pohľad na problém červích dier. Z ich pohľadu tieto tunely môžu vo vesmíre skutočne existovať a byť celkom stabilné. A podľa Clayhouseovej skupiny v nich nie je žiadna exotická hmota.

Vedci sa domnievajú, že vznik červích dier bol spôsobený kvantovými fluktuáciami, ktoré boli charakteristické pre raný vesmír takmer bezprostredne po Veľkom tresku a viedli k vzniku takzvanej kvantovej peny. Dovoľte mi, aby som vám to pripomenul kvantová pena je druh podmieneného konceptu, ktorý možno použiť ako kvalitatívny opis subatomárnej časopriestorovej turbulencie na veľmi krátke vzdialenosti (rádovo ako Planckova dĺžka, teda vzdialenosť 10 -33 cm).

Obrazne povedané, kvantovú penu si možno predstaviť takto: predstavte si, že niekde vo veľmi krátkych časových úsekoch vo veľmi malých oblastiach priestoru sa môže spontánne objaviť energia dostatočná na premenu tohto kúska priestoru na čiernu dieru. A táto energia sa neobjaví len tak z ničoho nič, ale ako výsledok zrážky častíc s antičasticami a ich vzájomného zničenia. A potom sa pred našimi očami objaví akýsi kypiaci kotol, v ktorom sa neustále objavujú a vzápätí miznú čierne diery.

Takže podľa autorov štúdie Bezprostredne po veľkom tresku sa náš vesmír skladal výlučne z kvantovej peny.. A tie v nej vznikali v každom okamihu nielen čierne diery, ale aj červie diery. A potom by inflácia (teda expanzia) Vesmíru mala nielen nafúknuť do obrovských rozmerov, ale zároveň aj prudko zväčšiť diery a urobiť ich stabilnými. Až tak, že do nich mohli preniknúť aj dosť veľké telá.

Má to však jeden háčik. Faktom je, že hoci veľké telesá podľa tohto modelu môžu vstúpiť do červej diery, gravitačný vplyv na ne pri vstupe by mal byť veľmi malý. V opačnom prípade budú jednoducho roztrhané na kusy. Ale ak je zakrivenie časopriestoru pri vchode „hladké“, potom samotná cesta cez ňu nemôže byť okamžitá. Podľa výpočtov výskumníkov to bude trvať desiatky alebo dokonca stovky svetelných rokov, pretože výstup z červej diery, prístupný veľkému telesu, bude veľmi ďaleko od vchodu.

Výskumníci sa domnievajú, že odhalenie týchto objektov vo vesmíre, aj keď to nie je jednoduché, je stále možné. Aj keď môžu byť podobné čiernym dieram, stále existujú rozdiely. Napríklad v čiernej diere plyn, ktorý spadne za horizont udalostí, okamžite prestane vyžarovať röntgenové žiarenie, zatiaľ čo plyn, ktorý spadne do červej diery (ktorá nemá horizont udalostí), v tom pokračuje. Mimochodom, podobné správanie plynu nedávno zaznamenal Hubbleov teleskop v blízkosti objektu Sagittarius A*, ktorý je tradične považovaný za masívnu čiernu dieru. Ale súdiac podľa správania plynu to môže byť stabilná červia diera.

Podľa koncepcie skupiny Clayhouse môžu existovať aj iné znaky naznačujúce existenciu červích dier. Teoreticky si možno predstaviť situáciu, že astronómovia priamo zaznamenajú nedostatočnosť obrazu za červou dierou, ak sa teleskop náhodou otočí do svojho sektora hviezdnej oblohy. V tomto prípade ukáže obrázok vzdialený desiatky či stovky svetelných rokov, ktorý astronómovia ľahko rozlíšia od toho, čo by sa na tomto mieste v skutočnosti malo nachádzať. Gravitácia hviezdy (ak je na druhej strane červej diery) môže tiež skresliť svetlo vzdialených hviezd prechádzajúcich v blízkosti červej diery.

Treba poznamenať, že práca gréckych a nemeckých fyzikov, hoci je čisto teoretická, je pre astronómov veľmi dôležitá. Prvýkrát systematizuje všetky možné príznaky červích dier, ktoré možno pozorovať. To znamená, že podľa neho možno tieto tunely odhaliť. To znamená, že teraz vedci vedia, čo presne musia hľadať.

Aj keď na druhej strane, ak je model skupiny Clayhouse pravdivý, hodnota červích dier pre ľudstvo prudko klesá. Koniec koncov, neposkytujú okamžitý prechod do iných svetov. Aj keď, samozrejme, stále by ste si mali naštudovať ich vlastnosti pre prípad, že by boli užitočné na niečo iné...

Cestovanie priestorom a časom je možné nielen vo sci-fi filmoch a sci-fi knihách, o niečo viac a môže sa stať realitou. Mnoho známych a uznávaných odborníkov pracuje na štúdiu takých javov, ako sú červie diery a časopriestorové tunely.

Červia diera, ako ju definoval fyzik Eric Davis, je druh kozmického tunela, nazývaného tiež hrdlo, spájajúci dve vzdialené oblasti vo vesmíre alebo dva rôzne vesmíry - ak existujú iné vesmíry - alebo dve rôzne časové obdobia alebo rôzne priestorové dimenzie. . Napriek tomu, že ich existencia nebola dokázaná, vedci vážne zvažujú všetky možné spôsoby využitia priechodných červích dier, za predpokladu, že existujú, na prekonávanie vzdialeností rýchlosťou svetla a dokonca aj cestovanie v čase.

Pred použitím červích dier ich musia vedci nájsť. Dnes sa, žiaľ, nenašli žiadne dôkazy o existencii červích dier. Ak ale existujú, ich lokalizácia nemusí byť taká náročná, ako sa na prvý pohľad zdá.

Čo sú to červie diery?

Dnes existuje niekoľko teórií o pôvode červích dier. Matematik Ludwig Flamm, ktorý použil rovnice relativity Alberta Einsteina, bol prvý, kto použil termín „červí diera“, ktorý opísal proces, pri ktorom gravitácia môže ohýbať časopriestor súvisiaci so štruktúrou fyzickej reality, čo vedie k vytvoreniu časopriestorového tunela. .

Ali Evgun z University of Eastern Mediterranean na Cypre naznačuje, že červie diery vznikajú v oblastiach hustej akumulácie temnej hmoty. Podľa tejto teórie by červie diery mohli existovať vo vonkajších oblastiach Mliečnej dráhy, kde je temná hmota, a v iných galaxiách. Matematicky sa mu podarilo dokázať, že existujú všetky potrebné podmienky na potvrdenie tejto teórie.

„V budúcnosti bude možné nepriamo pozorovať podobné experimenty, aké ukazuje film Interstellar,“ povedal Ali Evgun.

Thorne a množstvo ďalších vedcov dospeli k záveru, že aj keby sa v dôsledku nevyhnutných faktorov vytvorila nejaká červia diera, s najväčšou pravdepodobnosťou by sa zrútila skôr, ako ňou prejde nejaký predmet alebo osoba. Aby bola červia diera otvorená dostatočne dlho, bolo by potrebné veľké množstvo takzvanej „exotickej hmoty“. Jednou z foriem prírodnej „exotickej hmoty“ je temná energia a Davis vysvetľuje svoje pôsobenie takto: „tlak pod atmosférickým tlakom vytvára gravitačne odpudzujúcu silu, ktorá následne tlačí vnútro nášho vesmíru smerom von, čo spôsobuje inflačnú expanziu Vesmír.”

Exotický materiál, akým je tmavá hmota, je vo vesmíre päťkrát častejší ako bežná hmota. Doteraz vedci nedokázali odhaliť zhluky tmavej hmoty alebo temnej energie, takže mnohé z ich vlastností sú neznáme. Štúdium ich vlastností prebieha štúdiom priestoru okolo nich.

Cez červiu dieru v čase - realita?

Myšlienka cestovania v čase je veľmi populárna nielen medzi výskumníkmi. Teória červích dier je založená na Alicinej ceste cez zrkadlo v rovnomennom románe Lewisa Carrolla. Čo je to časopriestorový tunel? Oblasť priestoru na vzdialenom konci tunela by mala vyčnievať z oblasti okolo vchodu kvôli deformáciám podobným odrazom v zakrivených zrkadlách. Ďalším znakom by mohol byť sústredený pohyb svetla smerovaný cez tunel červej diery prúdmi vzduchu. Davis nazýva jav na prednom konci červej diery „efektom leptavej dúhy“. Takéto efekty môžu byť viditeľné z diaľky. "Astronómovia plánujú použiť teleskopy na lov týchto dúhových javov, hľadajúc prirodzenú alebo dokonca neprirodzene vytvorenú priechodnú červiu dieru," povedal Davis. "Nikdy som nepočul, že by sa projekt skutočne rozbehol."

V rámci svojho výskumu červích dier Thorne vyslovil teóriu, že červiu dieru možno použiť ako stroj času. Myšlienkové experimenty zahŕňajúce cestovanie v čase často narážajú na paradoxy. Azda najznámejším z nich je paradox starého otca: Ak sa výskumník vráti v čase a zabije svojho starého otca, potom sa tento človek nebude môcť narodiť, a preto by sa nikdy nevrátil v čase. Aj keď sa dá predpokladať, že neexistuje cesta späť k cestovaniu v čase, Davis povedal, že Thornova práca otvorila vedcom nové možnosti na skúmanie.

Phantom Link: Wormholes and the Quantum Realm

"Celý domácky priemysel teoretickej fyziky vyrástol z teórií, ktoré viedli k vývoju iných časopriestorových techník produkujúcich opísané príčiny paradoxov strojov času," povedal Davis. Napriek všetkému možnosť využitia červej diery na cestovanie v čase láka ako fanúšikov sci-fi, tak aj tých, ktorí chcú zmeniť svoju minulosť. Davis sa na základe súčasných teórií domnieva, že na vytvorenie stroja času z červej diery by bolo potrebné zrýchliť toky na jednom alebo oboch koncoch tunela na rýchlosti blížiace sa rýchlosti svetla.

"Na základe toho by bolo mimoriadne ťažké postaviť stroj času založený na červej diere," povedal Davis "V porovnaní s tým by bolo oveľa jednoduchšie použiť červie diery na medzihviezdne cestovanie vo vesmíre."

Iní fyzici navrhli, že cestovanie v čase cez červiu dieru by mohlo spôsobiť masívne nahromadenie energie, ktorá by zničila tunel skôr, ako by sa dal použiť ako stroj času, proces známy ako kvantová spätná reakcia. Snívanie o potenciáli červích dier je však stále zábavné: "Premýšľajte o všetkých možnostiach, ktoré by ľudia mali, keby objavili spôsob, ako urobiť to, čo by mohli urobiť, keby mohli cestovať v čase?", povedal Davis. "Ich dobrodružstvá by boli prinajmenšom veľmi zaujímavé."

VIAC úžasné články

Snímka z Medzinárodnej vesmírnej stanice ukazuje oranžové pruhy vzduchu v zemskej atmosfére. Nový experiment s atmosférickými vlnami NASA bude pozorovať tento jav od orbitálnej stanice po...

Ruská vesmírna agentúra Roskosmos podpísala dohodu s americkou vesmírnou turistickou spoločnosťou Space Adventures, že v roku 2021 priletí na ISS dvaja pasažieri. Na rozdiel od predchádzajúcich štartov, títo dvaja turisti pôjdu...

Vedci sa domnievajú, že drobné zhluky zemského vzduchu unikajú do hlbokého vesmíru ďaleko za obežnú dráhu Mesiaca. Ukazuje sa, že geokoróna Zeme (malý oblak atómov vodíka) siaha 630 000 km do vesmíru. Aby ste rozumeli, L...

Vedci skúmajúci vplyv slnečného vetra na mesačný povrch sa domnievajú, že tento kontakt by mohol vytvoriť kľúčovú zložku vody bez vody, takže existuje vážny problém s dlhodobým...

Po roku vo vesmíre zazvonil imunitný systém astronauta Scotta Kellyho na poplach. Vedci tiež poznamenávajú, že niektoré z jeho génov zmenili aktivitu. Štúdie boli citované pri porovnávaní výkonu s jeho dvojčaťom...

Astrofyzici sú si istí: vo vesmíre sú tunely, cez ktoré sa môžete presunúť do iných vesmírov a dokonca aj do iných časov. Pravdepodobne vznikli, keď vesmír práve začínal. Keď, ako hovoria vedci, sa priestor „varil“ a zakrivený.

Tieto kozmické „stroje času“ dostali názov „červí diery“. „Diera“ sa líši od čiernej diery tým, že sa tam môžete nielen dostať, ale aj vrátiť sa späť. Stroj času existuje. A to už nie je tvrdenie autorov sci-fi – štyri matematické vzorce, ktoré zatiaľ teoreticky dokazujú, že sa môžete posunúť do budúcnosti aj do minulosti.

A počítačový model. Zhruba takto by mal vyzerať „stroj času“ vo vesmíre: dve diery v priestore a čase spojené chodbou.

„V tomto prípade hovoríme o veľmi neobvyklých objektoch, ktoré boli objavené v Einsteinovej teórii. Podľa tejto teórie je vo veľmi silnom poli priestor zakrivený a čas sa buď krúti, alebo spomaľuje, to sú fantastické vlastnosti,“ vysvetľuje zástupca riaditeľa astrokozmického centra Lebedevovho fyzikálneho inštitútu Igor Novikov.

Vedci nazývajú takéto nezvyčajné objekty „červími dierami“. Toto vôbec nie je ľudský vynález, zatiaľ len príroda je schopná vytvoriť stroj času. Dnes astrofyzici iba hypoteticky dokázali existenciu „červích dier“ vo vesmíre. Je to vec cviku.

Hľadanie červích dier je jednou z hlavných úloh modernej astronómie. „O čiernych dierach začali hovoriť niekde koncom 60. rokov a keď urobili tieto správy, vyzeralo to ako sci-fi. Každému sa zdalo, že je to absolútna fantázia – teraz je to na perách každého,“ hovorí Anatolij Čerepashchuk, riaditeľ Astronomického inštitútu Moskovskej štátnej univerzity pomenovanej po Sternbergovi. - Takže teraz sú „červí diery“ tiež sci-fi, teória však predpovedá, že „červí diery“ existujú. Som optimista a myslím si, že aj červie diery sa raz otvoria."

„Červí diery“ patria k takému záhadnému fenoménu, akým je „temná energia“, ktorá tvorí 70 percent vesmíru. „Teraz bola objavená temná energia – je to vákuum, ktoré má podtlak. A v zásade by sa „červí diery“ mohli vytvoriť zo stavu vákua,“ navrhuje Anatolij Čerepashchuk. Jedným z biotopov „červích dier“ sú centrá galaxií. Hlavnou vecou však nie je zamieňať si ich s čiernymi dierami, obrovskými objektmi, ktoré sa nachádzajú aj v strede galaxií.

Ich hmotnosť predstavuje miliardy našich Sĺnk. Čierne diery majú zároveň silnú gravitačnú silu. Je taká veľká, že odtiaľ nemôže uniknúť ani svetlo, takže ich bežným ďalekohľadom nie je možné vidieť. Gravitačná sila červích dier je tiež obrovská, no ak sa pozriete do vnútra červej diery, môžete vidieť svetlo minulosti.

„V strede galaxií, v ich jadrách, sú veľmi kompaktné objekty, sú to čierne diery, ale predpokladá sa, že niektoré z týchto čiernych dier vôbec nie sú čierne diery, ale vstupy do týchto „červích dier,“ hovorí Igor Novikov. . Dnes bolo objavených viac ako tristo čiernych dier.

Zo Zeme do stredu našej galaxie Mliečna dráha je to 25 tisíc svetelných rokov. Ak sa ukáže, že táto čierna diera je „červí diera“, koridor na cestovanie v čase, ľudstvo bude musieť letieť a priletieť k nej.

Červí diera alebo červia diera je hypotetický topologický znak časopriestoru, ktorý predstavuje „tunel“ v priestore v akomkoľvek danom čase (časopriestorový tunel). Červí diera vám teda umožňuje pohybovať sa v priestore a čase. Oblasti, ktoré sú spojené červou dierou, môžu byť oblasťami jedného priestoru alebo môžu byť úplne odpojené. V druhom prípade je červia diera jediným spojivom medzi týmito dvoma oblasťami. Prvý typ červích dier sa často nazýva „vnútrosvetový“ a druhý typ „medzisvetový“.

Ako je známe, Všeobecná teória relativity zakazuje pohyb vo vesmíre rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla. Na druhej strane všeobecná relativita umožňuje existenciu časopriestorových tunelov, je však potrebné, aby bol tunel vyplnený exotickou hmotou s negatívnou hustotou energie, ktorá vytvára silné gravitačné odpudzovanie a zabraňuje kolapsu tunela.

Medzi takéto častice exotickej hmoty patria najčastejšie tachyóny. Tachyóny sú hypotetické častice, ktoré sa pohybujú rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Aby takéto častice neporušili všeobecnú relativitu, predpokladá sa, že hmotnosť tachyónov je záporná.

V súčasnosti neexistujú spoľahlivé experimentálne dôkazy o existencii tachyónov v laboratórnych experimentoch alebo astronomických pozorovaniach. Fyzici sa môžu pochváliť iba „pseudo-negatívnou“ masou elektrónov a atómov, ktoré sa získavajú pri vysokej hustote elektrických polí, špeciálnej polarizácii laserových lúčov alebo ultranízkych teplotách. V druhom prípade sa experimenty uskutočnili s Bose-Einsteinovým kondenzátom, stavom agregácie hmoty založenej na bozónoch ochladených na teploty blízke absolútnej nule (menej ako milióntina kelvinu). V takomto silne ochladenom stave sa dostatočne veľký počet atómov ocitne vo svojich minimálnych možných kvantových stavoch a kvantové efekty sa začnú prejavovať na makroskopickej úrovni. Nobelova cena za fyziku bola udelená v roku 2001 za výrobu Boseho-Einsteinovho kondenzátu.

Množstvo odborníkov však naznačuje, že tachyóny môžu byť. Tieto elementárne častice majú nenulovú hmotnosť, čo bolo dokázané detekciou neutrínových oscilácií. Najnovší objav dokonca získal Nobelovu cenu za fyziku za rok 2015. Na druhej strane presná hodnota hmotnosti neutrín ešte nebola stanovená. Množstvo experimentov, ktoré merali rýchlosť neutrín, ukázalo, že ich rýchlosť môže mierne prekročiť rýchlosť svetla. Tieto údaje sú neustále spochybňované, ale v roku 2014 bola v tejto veci publikovaná nová práca.

Teória strún

Paralelne niektorí teoretici naznačujú, že v ranom vesmíre mohli vzniknúť špeciálne formácie (kozmické struny) s negatívnou hmotnosťou. Dĺžka reliktných kozmických strún môže dosiahnuť najmenej niekoľko desiatok parsekov s hrúbkou menšou ako je priemer atómu s priemernou hustotou 10 22 gramov na cm3. Existuje niekoľko štúdií, že podobné útvary boli pozorované pri udalostiach gravitačnej šošovky svetla zo vzdialených kvazarov. Vo všeobecnosti je v súčasnosti najpravdepodobnejším kandidátom na „teóriu všetkého“ alebo jednotnú teóriu poľa, ktorá kombinuje teóriu relativity a kvantovú teóriu poľa. Všetky elementárne častice sú podľa nej oscilujúce vlákna energie dlhé asi 10 -33 metrov, čo je porovnateľné s (minimálnou možnou veľkosťou objektu vo vesmíre).

Zjednotená teória poľa naznačuje, že v časopriestorových dimenziách existujú bunky s minimálnou dĺžkou a časom. Minimálna dĺžka by sa mala rovnať Planckovej dĺžke (približne 1,6·10-35 metrov).

Pozorovania vzdialených zábleskov gama zároveň naznačujú, že ak existuje zrnitosť priestoru, potom veľkosť týchto zŕn nie je väčšia ako 10 - 48 metrov. Okrem toho nemohol potvrdiť niektoré dôsledky teórie strún, čo sa stalo vážnym argumentom, že táto základná teória modernej fyziky je nesprávna.

Potenciálne veľký význam pre vytvorenie jednotnej teórie poľa a časopriestorových tunelov má v roku 2014 objav teoretického spojenia medzi kvantovým prepletením a červími dierami. Nová teoretická práca ukázala, že vytvorenie časopriestorového tunela je možné nielen medzi dvoma masívnymi čiernymi dierami, ale aj medzi dvoma kvantovo previazanými kvarkami.

Kvantové zapletenie je jav v kvantovej mechanike, v ktorom sa kvantové stavy dvoch alebo viacerých objektov stávajú vzájomne závislými. Táto vzájomná závislosť pretrváva, aj keď sú tieto objekty oddelené v priestore mimo akýchkoľvek známych interakcií. Meranie parametra jednej častice vedie k okamžitému (nad rýchlosť svetla) zastaveniu zamotaného stavu druhej, čo je v logickom rozpore s princípom lokality (v tomto prípade nie je porušená teória relativity a informácie sa neprenáša).

Kristan Jensen z University of Victoria (Kanada) a Andreas Karch z University of Washington (USA) opísali kvantový prepletený pár pozostávajúci z kvarku a antikvarku, ktoré sa od seba vzďaľujú rýchlosťou blízkou svetla, čo znemožňuje prenos. signály z jedného do druhého. Výskumníci sa domnievajú, že trojrozmerný priestor, v ktorom sa kvarky pohybujú, je hypotetickým aspektom štvorrozmerného sveta. V 3D priestore sú kvantové zapletené častice spojené akýmsi „reťazcom“. A v 4D priestore sa tento „reťazec“ stáva červou dierou.

Julian Sonner z Massachusetts Institute of Technology (USA) predstavil kvantovo zapletený pár kvark-antikvark vytvorený v silnom elektrickom poli, ktoré oddeľuje opačne nabité častice, čo spôsobuje ich zrýchlenie v rôznych smeroch. Sonner tiež dospel k záveru, že kvantové častice zapletené do trojrozmerného priestoru by boli spojené červou dierou v štvorrozmernom priestore. Pri výpočtoch fyzici použili takzvaný holografický princíp - koncept, podľa ktorého sa celá fyzika n-rozmerného sveta plne odráža na jeho „tvárach“ s počtom rozmerov (n-1). S touto „projekciou“ je kvantová teória, ktorá berie do úvahy účinky gravitácie v štyroch dimenziách, ekvivalentná kvantovej teórii „bez gravitácie“ v troch dimenziách. Inými slovami, čierne diery v 4D priestore a červia diera medzi nimi sú matematicky ekvivalentné ich 3D holografickej projekcii.

Vyhliadky pre astronómiu gravitačných vĺn a neutrín

Gravitačná vlnová a neutrínová astronómia má najväčšie vyhliadky na štúdium vlastností hmoty na najmikroskopickejšej a vysokoenergetickej úrovni pre lepšie pochopenie kvantovej gravitácie vďaka tomu, že študuje vlny a častice s najväčšou prenikavou silou. Takže ak sa mikrovlnné reliktné žiarenie vesmíru vytvorilo 380 tisíc rokov potom, potom reliktné neutrína v prvých sekundách a reliktné gravitačné vlny len za 10 - 32 sekúnd! Navyše, veľké vyhliadky majú registrácie takéhoto žiarenia a častíc z čiernych dier či katastrofických udalostí (fúzie a kolapsy masívnych hviezd).

Na druhej strane sa aktívne rozvíjajú tradičné astrometrické observatóriá, ktoré dnes pokrývajú celé elektromagnetické spektrum. Takéto observatóriá dokážu odhaliť neočakávané objekty alebo javy v ranom vesmíre (prvé medzihviezdne oblaky,