عکس هایی از فیلم "بین ستاره ای" با کرمچاله (2014)

حماسه فضایی "بین ستاره ای" (ما در مورد یک فیلم علمی تخیلی که در اکتبر 2014 منتشر شد صحبت می کنیم) در مورد فضانوردانی می گوید که در جستجوی گزینه هایی برای نجات بشریت، "جاده زندگی" را کشف می کنند که توسط یک تونل مرموز نشان داده شده است.

این گذرگاه به طور غیرقابل توضیحی در نزدیکی زحل ظاهر می شود و در فضا-زمان فرد را به یک کهکشان دور هدایت می کند و در نتیجه فرصتی را برای یافتن سیاراتی فراهم می کند که موجودات زنده در آن زندگی می کنند. سیاراتی که می توانند به خانه دوم مردم تبدیل شوند.

فرضیه وجود یک تونل فیلم که توسط دانشمندان "کرم چاله" یا "کرم چاله" نامیده می شود، توسط یک نظریه فیزیکی واقعی که توسط یکی از اولین اخترفیزیکدانان و یک استاد سابق کالیفرنیا ارائه شده بود، ارائه شد. موسسه فناوریکیپ تورن

کیپ تورن به اخترشناس، اخترفیزیکدان، متداول کننده علم و یکی از کسانی که پروژه جستجوی هوش فرازمینی را آغاز کردند - کارل سیگان - کمک کرد تا مدلی از کرم چاله برای رمان تماس خود بسازد. متقاعد کننده بودن تصاویر بصری فیلم برای دانشمندان فضایی به قدری آشکار است که اخترفیزیکدانان اذعان دارند که اینها شاید دقیق ترین تصاویری از کرمچاله ها و سیاهچاله ها باشد که در سینمای جهان وجود دارد.

تنها یک جزئیات کوچک در این فیلم وجود دارد که بیننده توجه را آزار می دهد: پرواز در چنین چیزی در یک اکسپرس فضایی، البته عالی است، اما آیا خلبانان قادر خواهند بود در طول این حرکت بین ستاره ای تسلیم نشوند؟

سازندگان فیلم پرفروش فضایی ترجیح دادند به این نکته اشاره نکنند که نظریه اصلی کرمچاله ها متعلق به دیگر نظریه پردازان برجسته اخترفیزیک است - آلبرت انیشتین به همراه دستیارش ناتان روزن شروع به توسعه آن کردند. این دانشمندان سعی کردند معادلات اینشتین را برای نسبیت عام حل کنند تا نتیجه حاصل شود مدل ریاضیکل کیهان همراه با نیروهای جاذبه و ذرات بنیادی تشکیل دهنده ماده. در این فرآیند سعی شد فضا را به عنوان دو صفحه هندسی که توسط "پل" به یکدیگر متصل شده اند تصور کنند.

به موازات آن، اما مستقل از انیشتین، کار مشابهی توسط فیزیکدان دیگری به نام لودویگ فلام انجام شد که در سال 1916، همچنین در حین حل معادلات انیشتین، چنین پل هایی را کشف کرد.

هر سه "پل ساز" از ناامیدی مشترک رنج بردند، زیرا "نظریه هر چیزی که وجود دارد" غیرقابل دوام بود: چنین "پل ها" در تئوری به هیچ وجه مانند ذرات بنیادی واقعی عمل نمی کردند.

با این وجود، در سال 1935، انیشتین و روزن مقاله ای منتشر کردند که در آن نظریه خود را در مورد تونل ها در پیوستار فضا-زمان بیان کردند. این کار، همانطور که توسط نویسندگان تصور شده بود، بدیهی است که قرار بود نسل های دیگر دانشمندان را تشویق کند تا در مورد امکان به کارگیری چنین نظریه ای فکر کنند.

فیزیکدان از دانشگاه پرینستون، جان ویلر، در یک زمان نام "کرم چاله" را وارد واژگان کرد، که در سال های اولیه برای مطالعه ساخت مدل های "پل ها" بر اساس نظریه انیشتین-رزن استفاده می شد. ویلر متوجه شد: چنین "پلی" به طرز دردناکی یادآور گذرگاهی است که کرم در یک میوه می خورد. بیایید یک مورچه را تصور کنیم که از یک طرف گلابی به طرف دیگر می خزد - می تواند در امتداد تمام سطح منحنی بخزد، یا با گرفتن یک میانبر، میوه را از طریق یک تونل کرم چاله عبور دهد.

و اگر تصور کنیم که پیوستار فضا-زمان سه بعدی ما پوست گلابی است، گویی یک سطح منحنی "توده" را با مقدار زیادی می پوشاند. اندازه های بزرگ? شاید «پل» انیشتین-روزن همان تونلی باشد که از میان این «توده» می‌گذرد؛ این پل به خلبانان سفینه فضایی اجازه می‌دهد فاصله بین دو نقطه را در فضا کاهش دهند. احتمالاً در این مورد ما در مورد یک راه حل ریاضی واقعی برای نظریه نسبیت عام صحبت می کنیم.

به گفته ویلر، دهانه پل های انیشتین-رزن بسیار یادآور سیاهچاله موسوم به شوارتزشیلد است - ماده ساده ای که شکل کروی دارد و آنقدر متراکم است که نیروی گرانشی آن حتی با نور نیز قابل غلبه نیست. اخترشناسان نظر قوی در مورد وجود "سیاهچاله" دارند. آنها بر این باورند که این شکل‌گیری‌ها زمانی متولد می‌شوند که ستارگان بسیار پرجرم «جمع می‌شوند» یا می‌میرند.

این فرضیه که "سیاه چاله" همان "کرم چاله" یا تونلی است که اجازه پروازهای فضایی در مسافت طولانی را می دهد، چقدر قابل اثبات است؟ شاید از نظر ریاضی این گفته درست باشد. اما فقط در تئوری: در چنین سفری هیچ بازمانده ای وجود نخواهد داشت.

مدل شوارتزشیلد وسط تاریک یک "سیاهچاله" را به عنوان یک نقطه منفرد یا یک توپ ثابت خنثی مرکزی با چگالی بی نهایت نشان می دهد. محاسبات ویلر عواقب اتفاقی را که در صورت تشکیل چنین "کرم چاله ای" رخ داد را نشان می دهد، زمانی که دو نقطه منفرد ("سیاه چاله های شوارتزشیلد") در دو بخش دوردست کیهان در "جرم" آن به هم نزدیک می شوند و تونلی بین آنها ایجاد می کنند. .

محقق متوجه شد که چنین "کرم چاله" ماهیتی ناپایدار دارد: ابتدا یک تونل شکل می گیرد و سپس فرو می ریزد، پس از آن فقط دو نقطه منفرد ("سیاه چاله") دوباره باقی می مانند. روند ظاهر شدن و کوبیدن تونل به قدری رعد و برق انجام می شود که حتی یک پرتو نور نمی تواند از طریق آن نفوذ کند، نه به ذکر فضانوردی که سعی می کند از آن عبور کند - او به طور کامل توسط "سیاه چاله" بلعیده می شود. بدون شوخی - ما در مورد مرگ فوری صحبت می کنیم، زیرا نیروهای گرانشی با قدرت دیوانه، فرد را تکه تکه می کنند.

"سیاه چاله" و "لکه های سفید"

تورن همزمان با فیلم کتابی منتشر کرد. مبانی علمیفیلم "بین ستاره ای" او در این اثر تأیید می کند: "هر جسمی - زنده یا بی جان - در لحظه ای که تونل فرو می ریزد، له می شود و تکه تکه می شود!"

برای دیگری، گزینه جایگزین- "سیاه چاله" چرخان کر - محققان "نقاط سفید" در سفرهای بین سیاره ای راه حل متفاوتی برای نظریه نسبیت عام یافته اند. تکینگی درون "سیاه چاله" کر شکل متفاوتی دارد، نه کروی، بلکه حلقه ای شکل.

مدل‌های خاصی از آن می‌توانند به فرد فرصتی برای زنده ماندن در پرواز بین ستاره‌ای بدهند، اما تنها در صورتی که کشتی این سوراخ را منحصراً از مرکز حلقه عبور دهد. چیزی شبیه بسکتبال فضایی، فقط قیمت یک ضربه در اینجا امتیاز اضافی نیست: چیزی که در خطر است وجود کشتی فضایی و خدمه آن است.

نویسنده کتاب "علم بین ستاره ای"، کیپ تورن، در وضعیت این نظریه تردید دارد. در سال 1987، او مقاله ای در مورد پرواز از طریق یک "کرم چاله" نوشت، جایی که به یک جزئیات مهم اشاره کرد: گردن تونل کر دارای بخش بسیار غیرقابل اعتمادی است که به آن "افق کوشی" می گویند.

همانطور که محاسبات مربوطه نشان می دهد، به محض اینکه بدن سعی می کند از این نقطه عبور کند، تونل فرو می ریزد. علاوه بر این، با توجه به تثبیت "کرم چاله"، همانطور که نظریه کوانتومی می گوید، بلافاصله با ذرات پر انرژی پر می شود.

در نتیجه، به محض اینکه به "سیاه چاله" کر بچسبید، پوسته خشک و سرخ شده ای خواهید داشت.

دلیل "عملیات دوربرد وحشتناک" است؟

واقعیت این است که فیزیکدانان هنوز قوانین کلاسیک گرانش را با نظریه کوانتومی تطبیق نداده اند - درک این شاخه از ریاضیات بسیار دشوار است و بسیاری از دانشمندان تعریف دقیقی از آن ارائه نکرده اند.

در همان زمان، دانشمند پرینستون، خوان مالسادنا و همکارش در استنفورد، لئونارد ساسکیند، پیشنهاد کردند که کرمچاله‌ها ظاهراً چیزی بیش از تجسم مادی درهم تنیدگی در زمانی که اجسام کوانتومی به هم متصل هستند - صرف نظر از اینکه آنها از یکدیگر دور هستند یا نه، نیستند.

آلبرت انیشتین نام خاص خود را برای چنین درهم تنیدگی داشت - "عمل دوربرد وحشتناک"؛ فیزیکدان بزرگ حتی فکر نمی کرد با دیدگاه عمومی پذیرفته شده موافقت کند. با وجود این، بسیاری از آزمایش ها وجود درهم تنیدگی کوانتومی را ثابت کرده اند. علاوه بر این، از قبل برای مقاصد تجاری استفاده می شود - از انتقال داده های آنلاین، به عنوان مثال، تراکنش های بانکی محافظت می کند.

به گفته مالسادنا و ساسکیند، در حجم‌های زیاد، درهم‌تنیدگی کوانتومی می‌تواند بر تغییرات هندسه پیوستار فضا-زمان تأثیر بگذارد و به پیدایش «کرم‌چاله‌ها» به شکل «سیاه‌چاله‌های» مرتبط کمک کند. اما فرضیه این دانشمندان امکان ظهور تونل های بین ستاره ای قابل عبور را نمی دهد.

به گفته مالسادنا، این تونل ها از یک سو فرصتی برای پرواز با سرعتی بیشتر از سرعت نور فراهم نمی کنند و از سوی دیگر، هنوز هم می توانند به فضانوردان کمک کنند تا در آنجا، داخل، با یک «دیگری» ملاقات کنند. با این حال، هیچ لذتی از چنین ملاقاتی وجود ندارد، زیرا این ملاقات با مرگ اجتناب ناپذیر ناشی از برخورد گرانشی در مرکز "سیاه چاله" همراه خواهد بود.

در یک کلام، «سیاهچاله‌ها» یک مانع واقعی برای اکتشاف انسان در فضا هستند. در این مورد، "کرم چاله" چه چیزی می تواند باشد؟ به گفته آوی لوب، دانشمند مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان، مردم گزینه های زیادی در این زمینه دارند: از آنجایی که هیچ نظریه ای وجود ندارد که نسبیت عام را با مکانیک کوانتومی ترکیب کند، ما از طیف کامل فضا-زمان ممکن آگاه نیستیم. ساختارهایی که کرمچاله ها ممکن است ظاهر شوند"

آنها در حال فروپاشی هستند

اما در اینجا نیز همه چیز به این سادگی نیست. همان کیپ تورن در سال 1987 این ویژگی را برای هر "کرم چاله" که مطابق با نظریه نسبیت عام است، ایجاد کرد که اگر سعی نشود به دلیل ماده به اصطلاح عجیب و غریب دارای انرژی منفی یا ضد گرانش باز بماند، فرو می ریزد. تورن اطمینان می دهد: واقعیت وجود ماده برون زا را می توان به صورت تجربی ثابت کرد.

آزمایش‌ها نشان خواهند داد که نوسانات کوانتومی در خلاء ظاهراً قادر به ایجاد فشار منفی بین دو آینه است که بسیار نزدیک به هم قرار گرفته‌اند.

به نوبه خود، به گفته آوی لوب، اگر ما به اصطلاح انرژی تاریک را مشاهده کنیم، این مطالعات دلایل بیشتری برای اعتقاد به وجود ماده عجیب و غریب به دست خواهند داد.

دانشمندی در مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان می‌گوید: «ما در طول تاریخ کیهانی اخیر کهکشان‌هایی را دیده‌ایم که با سرعت فزاینده‌ای در طول زمان از ما دور می‌شوند، گویی که تحت تأثیر ضد گرانش هستند - این انبساط شتابان جهان را می توان در صورتی توضیح داد که جهان با ماده ای پر شده باشد فشار منفیدقیقاً موادی که برای پیدایش کرمچاله لازم است...”

در عین حال، لوب و تورن هر دو معتقدند که حتی اگر یک کرم چاله بتواند به طور طبیعی ظاهر شود، به توده‌ای از ماده عجیب و غریب نیاز دارد. فقط یک تمدن بسیار توسعه یافته قادر به جمع آوری چنین ذخیره انرژی و متعاقب آن تثبیت چنین تونلی خواهد بود.

همچنین "هیچ توافقی در بین رفقا" در نظرات آنها در مورد این نظریه وجود ندارد. برای مثال، نظر همکارشان مالسادنا در مورد یافته‌های لوب و تورن در اینجا آمده است:

Sabine Hossenfelder از مؤسسه فیزیک نظری اسکاندیناوی در سوئد "... من معتقدم که ایده کرم چاله قابل عبور پایدار به اندازه کافی قابل درک نیست و ظاهراً با قوانین شناخته شده فیزیک مطابقت ندارد." نتیجه گیری های لوب-ثورن را کاملاً در هم می شکند: «... ما مطلقاً هیچ مدرکی برای وجود ماده عجیب و غریب نداریم. علاوه بر این، این باور عمومی وجود دارد که نمی تواند وجود داشته باشد، زیرا اگر وجود داشته باشد، خلاء ناپایدار خواهد بود..."

حتی اگر چنین ماده عجیب و غریبی وجود داشته باشد، هوسنفلدر ایده خود را توسعه می دهد، حرکت در داخل آن بسیار ناخوشایند خواهد بود: هر بار که احساسات مستقیماً به درجه انحنای ساختار فضا-زمان اطراف تونل و چگالی انرژی درون آن بستگی دارد. سابین هوسنفلدر نتیجه گیری می کند:

"...این بسیار شبیه به "سیاهچاله" است: نیروهای جزر و مدی بسیار زیاد است و انسان تکه تکه می شود..."

به طور متناقض، تورن علیرغم مشارکت خود در فیلم بین ستاره ای، به طور خاص معتقد نیست که چنین تونل قابل عبوری هرگز ممکن است پدیدار شود. و امکان عبور فضانوردان از آن (بدون هیچ آسیبی!) - و حتی بیشتر. خود او در کتابش به این موضوع اذعان دارد:

"...اگر آنها [تونل ها] می توانند وجود داشته باشند، پس من بسیار شک دارم که بتوانند به طور طبیعی در جهان اخترفیزیکی بوجود آیند..."

...پس به فیلم های علمی تخیلی باور داشته باشید!

کرم چاله یا کرمچاله یک ویژگی توپولوژیکی فرضی فضا-زمان است که نشان دهنده یک "تونل" در فضا در هر زمان معین است (تونل فضا-زمان). بنابراین، کرم چاله به شما امکان می دهد در فضا و زمان حرکت کنید. مناطقی که توسط یک کرم چاله به هم متصل می شوند می توانند مناطقی از یک فضای واحد باشند یا کاملاً قطع شوند. در حالت دوم، کرم چاله تنها رابط بین این دو ناحیه است. نوع اول کرم‌چاله‌ها اغلب «درون‌جهانی» و نوع دوم «بین‌جهانی» نامیده می‌شوند.

همانطور که مشخص است، نظریه نسبیت عام حرکت در کیهان را با سرعتی بیش از سرعت نور ممنوع می کند. از سوی دیگر، نسبیت عام امکان وجود تونل های فضا-زمان را فراهم می کند، اما لازم است تونل با مواد عجیب و غریب با چگالی انرژی منفی پر شود، که یک دافعه گرانشی قوی ایجاد می کند و از فروریختن تونل جلوگیری می کند.

چنین ذرات ماده عجیب و غریب اغلب شامل تاکیون ها هستند. تاکیون ها ذرات فرضی هستند که سریعتر از سرعت نور حرکت می کنند. برای اینکه چنین ذرات نسبیت عام را نقض نکنند، فرض می شود که جرم تاکیون ها منفی است.

در حال حاضر شواهد تجربی معتبری مبنی بر وجود تاکیون ها در آزمایشات آزمایشگاهی یا مشاهدات نجومی وجود ندارد. فیزیکدانان فقط می توانند به جرم "شبه منفی" الکترون ها و اتم ها ببالند که در چگالی زیاد میدان های الکتریکی و قطبش ویژه به دست می آورند. اشعه های لیزریا دمای بسیار پایین در مورد دوم، آزمایش‌ها با یک میعانات بوز-اینشتین انجام شد، حالتی از تجمع ماده بر اساس بوزون‌هایی که تا دمای نزدیک به صفر مطلق (کمتر از یک میلیونیم کلوین) سرد شده‌اند. در چنین حالت به شدت سرد، تعداد زیادی از اتم‌ها در حداقل حالت کوانتومی ممکن قرار می‌گیرند و اثرات کوانتومی در سطح ماکروسکوپی خود را نشان می‌دهند. جایزه نوبل فیزیک در سال 2001 برای تولید میعانات بوز-اینشتین اعطا شد.

با این حال، تعدادی از کارشناسان پیشنهاد می کنند که تاکیون ها ممکن است باشند. این ذرات بنیادی جرمی غیر صفر دارند که با تشخیص نوسانات نوترینو ثابت شد. حتی به آخرین کشف جایزه نیز داده شد جایزه نوبلدر فیزیک برای سال 2015. از طرف دیگر ارزش دقیقجرم نوترینوها هنوز مشخص نشده است. تعدادی از آزمایش‌های اندازه‌گیری سرعت نوترینوها نشان داده‌اند که سرعت آنها می‌تواند اندکی از سرعت نور بیشتر شود. این داده ها دائما مورد سوال قرار می گیرند، اما در سال 2014 منتشر شد شغل جدیددر این فرصت.

نظریه ریسمان

به موازات آن، برخی از نظریه پردازان پیشنهاد می کنند که تشکیلات ویژه (رشته های کیهانی) با جرم منفی می تواند در اوایل کیهان شکل گرفته باشد. طول رشته های کیهانی باقیمانده می تواند حداقل به چند ده پارسک با ضخامت کمتر از قطر یک اتم با چگالی متوسط ​​1022 گرم در سانتی متر مکعب برسد. مطالعات متعددی وجود دارد که تشکیلات مشابهی در رویدادهای عدسی گرانشی نور از اختروش های دور مشاهده شده است. به طور کلی، در حال حاضر محتمل ترین نامزد برای «نظریه همه چیز» یا یک نظریه میدان یکپارچه است که نظریه نسبیت و نظریه میدان کوانتومی را ترکیب می کند. بر اساس آن، همه ذرات بنیادی رشته‌های نوسانی انرژی به طول حدود 10 تا 33 متر هستند که قابل مقایسه با (حداقل اندازه ممکن یک جسم در جهان) است.

نظریه میدان یکپارچه نشان می دهد که در ابعاد فضا-زمان سلول هایی با حداقل طول و زمان وجود دارد. حداقل طول باید برابر با طول پلانک (تقریباً 1.6·10-35 متر) باشد.

در عین حال، مشاهدات انفجارهای پرتو گامای دور نشان می دهد که اگر دانه بندی فضا وجود داشته باشد، اندازه این دانه ها بیش از 10-48 متر نیست. علاوه بر این، او نتوانست برخی از پیامدهای نظریه ریسمان را تأیید کند، که دلیلی جدی برای اشتباه بودن این نظریه بنیادی فیزیک مدرن شد.

کشف ارتباط نظری بین درهم تنیدگی کوانتومی و کرمچاله ها در سال 2014 از اهمیت بالقوه زیادی برای ایجاد یک نظریه میدان یکپارچه و تونل های فضا-زمان است. کار نظری جدید نشان داده است که ایجاد یک تونل فضا-زمان نه تنها بین دو سیاهچاله عظیم، بلکه بین دو کوارک درهم تنیده کوانتومی امکان پذیر است.

درهم تنیدگی کوانتومی پدیده ای در مکانیک کوانتومی است که در آن حالت های کوانتومی دو یا بیشتراشیا به یکدیگر وابسته هستند. این وابستگی متقابل ادامه می یابد حتی اگر این اشیاء در فضایی فراتر از هرگونه تعامل شناخته شده از هم جدا شوند. اندازه گیری پارامتر یک ذره منجر به توقف آنی (بالاتر از سرعت نور) حالت درهم تنیدگی ذره می شود که با اصل محلی بودن در تضاد منطقی است (در این صورت تئوری نسبیت نقض نمی شود و اطلاعات منتقل نمی شود).

کریستن جنسن از دانشگاه ویکتوریا (کانادا) و آندریاس کارچ از دانشگاه واشنگتن (ایالات متحده آمریکا) یک جفت درهم تنیده کوانتومی متشکل از یک کوارک و یک آنتی کوارک را توصیف کردند که با سرعت نزدیک به نور از یکدیگر دور می شوند و انتقال را غیرممکن می کنند. سیگنال ها از یکی به دیگری محققان بر این باورند که فضای سه بعدی که کوارک ها در آن حرکت می کنند وجهی فرضی از جهان چهار بعدی است. در فضای سه بعدی، ذرات درهم تنیده کوانتومی توسط نوعی "رشته" به هم متصل می شوند. و در فضای 4 بعدی این "رشته" به کرمچاله تبدیل می شود.

جولیان سونر از موسسه فناوری ماساچوست (ایالات متحده آمریکا) یک جفت کوارک-آنتی کوارک درهم تنیده کوانتومی را ارائه کرد که در یک جفت قوی متولد شد. میدان الکتریکیکه ذرات باردار مخالف را جدا می کند و باعث می شود در جهات مختلف شتاب بگیرند. سونر همچنین به این نتیجه رسید که ذرات کوانتومی درهم‌تنیده در فضای سه‌بعدی توسط یک کرم‌چاله در فضای چهار بعدی به هم متصل خواهند شد. هنگام انجام محاسبات، فیزیکدانان از اصل به اصطلاح هولوگرافیک استفاده کردند - مفهومی که طبق آن تمام فیزیک جهان n بعدی با تعداد ابعاد (n-1) به طور کامل در "لبه" آن منعکس می شود. با این "طرح‌نمایی"، نظریه کوانتومی که اثرات گرانش را در چهار بعد در نظر می‌گیرد، معادل نظریه کوانتومی "بدون گرانش" در سه بعد است. به عبارت دیگر، سیاهچاله ها در فضای 4 بعدی و کرم چاله بین آنها از نظر ریاضی معادل طرح هولوگرافی سه بعدی آنهاست.

چشم اندازهای نجوم امواج گرانشی و نوترینو

نجوم امواج گرانشی و نوترینو به دلیل مطالعه امواج و ذرات با بیشترین قدرت نفوذ، بیشترین چشم انداز را در مطالعه خواص ماده در میکروسکوپی ترین و پرانرژی ترین سطح برای درک بهتر گرانش کوانتومی دارد. بنابراین اگر تشعشعات باقیمانده مایکروویو کیهان 380 هزار سال بعد تشکیل شده باشد، نوترینوهای باقیمانده در چند ثانیه اول و نوترینوهای باقی مانده امواج گرانشیفقط در 10-32 ثانیه! علاوه بر این، ثبت چنین تشعشعات و ذرات ناشی از سیاهچاله ها یا رویدادهای فاجعه آمیز (ادغام و فروپاشی ستارگان پرجرم) نوید زیادی دارد.

از سوی دیگر، رصدخانه های نجومی سنتی به طور فعال در حال توسعه هستند که اکنون کل طیف الکترومغناطیسی را پوشش می دهند. چنین رصدخانه هایی می توانند اجرام یا پدیده های غیرمنتظره را در کیهان اولیه (اولین ابرهای بین ستاره ای،

- سرگئی ولادیلنویچ، کرمچاله چیست؟

تعریف خیلی دقیقی وجود ندارد. چنین تعاریفی زمانی لازم است که شما در حال اثبات برخی قضایا هستید، اما تقریباً هیچ قضایای دقیقی وجود ندارد، بنابراین آنها عمدتاً به مفاهیم و تصاویر مجازی محدود می شوند. تصور کنید در یک اتاق توپی را از فضای سه بعدی خود خارج کرده و در اتاقی دیگر دقیقاً همان توپ را بیرون آورده ایم و مرزهای حاصل از این سوراخ ها را به هم می چسبانیم. بنابراین، هنگامی که در یک اتاق به داخل این توپ سابق که تبدیل به سوراخ شده است قدم می گذاریم، در اتاقی دیگر - از سوراخی که در محل توپ دیگری ایجاد شده است - بیرون می آییم. اگر فضای ما سه بعدی نبود، بلکه دو بعدی بود، شبیه کاغذی بود که خودکاری به آن چسبانده شده است. آنالوگ سه بعدی و توسعه آن در زمان کرمچاله نامیده می شود.

- به طور کلی کرمچاله ها را چگونه مطالعه می کنند؟

این یک فعالیت صرفا نظری است. هیچ کس تا به حال کرم چاله ها را ندیده است، و به طور کلی، هیچ قطعیتی وجود ندارد که حتی وجود داشته باشد. آنها شروع به مطالعه کرم چاله ها کردند و از این سؤال شروع کردند: آیا مکانیسم هایی در طبیعت وجود دارد که به ما تضمین کند که چنین لانه هایی در طبیعت وجود ندارند؟ این مکانیسم ها پیدا نشدند، بنابراین می توانیم فرض کنیم که کرم چاله ها یک پدیده واقعی هستند.

- آیا اصولاً امکان دیدن کرم چاله وجود دارد؟

البته. اگر در یک اتاق قفل شده شخصی ناگهان از ناکجاآباد می خزد، پس شما یک کرم چاله را مشاهده می کنید. کرم چاله ها به عنوان یک موضوع مورد مطالعه توسط فیزیکدان نظری آمریکایی جان ویلر اختراع و ترویج شد که با کمک آنها می خواست بارهای الکتریکی را نه بیشتر و نه کمتر توضیح دهد. بگذار توضیح بدهم. توصیف میدان الکتریکی آزاد از دیدگاه فیزیک نظری کار چندان دشواری نیست. اما توصیف یک بار الکتریکی از همین دیدگاه بسیار دشوار است. بار الکتریکی به این معنا به عنوان یک چیز بسیار مرموز ظاهر می شود: نوعی ماده جدا از میدان، با منشأ ناشناخته، و نحوه مدیریت آن در فیزیک کلاسیک روشن نیست. ایده ویلر به شرح زیر بود. فرض کنید ما یک کرم چاله میکروسکوپی داریم که با آن پر شده است خطوط برق- این خطوط از یک طرف وارد آن می شوند و از طرف دیگر خارج می شوند. ناظر بیرونی که نمی داند این دو سر با خطوط نیرو به هم متصل شده اند، چنین جسمی را به عنوان یک کره ساده در فضا درک می کند، میدان اطراف آن را بررسی می کند و مانند میدان بار نقطه ای به نظر می رسد. فقط ناظر فکر می کند که این یک نوع ماده مرموز است که دارای بار و غیره است و همه به این دلیل است که او نمی داند که در واقع یک کرم چاله است. البته، این ایده بسیار ظریفی است و بسیاری تلاش کرده اند آن را توسعه دهند، اما پیشرفت چندانی نکرده اند، زیرا در نهایت، الکترون ها اجسام کوانتومی هستند و، طبیعتا، هیچ کس نمی داند چگونه کرم چاله های کوانتومی را توصیف کند. مرحله. اما اگر فرض کنیم که این فرضیه درست باشد، کرمچاله‌ها چیزی بیش از یک پدیده روزمره هستند؛ همه چیز مربوط به الکتریسیته در نهایت به آنها بستگی خواهد داشت.

ماده عجیب و غریب یک مفهوم فیزیک کلاسیک است که هر ماده (معمولاً فرضی) را توصیف می کند که یک یا چند مورد را نقض می کند. شرایط کلاسیک، یا از باریون های شناخته شده تشکیل نشده است. چنین موادی ممکن است ویژگی هایی مانند چگالی انرژی منفی داشته باشند یا به جای جذب در اثر جاذبه، دفع شوند. ماده عجیب و غریب در برخی نظریه ها استفاده می شود، به عنوان مثال، در نظریه ساختار کرم چاله ها. بهترین مثال شناخته شده از ماده عجیب و غریب خلاء در ناحیه ای با فشار منفی است که توسط اثر کازیمیر ایجاد می شود.

- چه نوع کرمچاله هایی وجود دارد؟

از منظر سفر نظری، کرمچاله های قابل عبور و صعب العبور وجود دارد. صعب العبور آنهایی هستند که گذرگاه از بین می رود و این به قدری سریع اتفاق می افتد که هیچ جسمی به سادگی زمان عبور از این سر به سر دیگر را ندارد. البته، جالب ترین مورد مطالعه، نوع دوم کرمچاله ها - قابل عبور است. حتی یک نظریه زیبا وجود دارد که می گوید: آنچه ما قبلاً به عنوان سیاهچاله های کلان جرم در مرکز کهکشان ها تصور می کردیم در واقع دهان کرم چاله ها هستند. این نظریه تقریباً توسعه نیافته است و طبیعتاً هنوز هیچ تأییدی پیدا نکرده است، بلکه به عنوان نوعی ایده وجود دارد. ماهیت آن این است که در خارج از کرم چاله شما فقط می بینید که در مرکز کهکشان یک جرم کروی متقارن وجود دارد، اما آنچه است - کرم چاله یا سیاهچاله - نمی توانید بگویید، زیرا خارج از این جسم هستید.

در واقع، آنها را می توان تنها با یک پارامتر متمایز کرد - جرم. اگر جرم منفی باشد، احتمالاً این یک کرم چاله است، اما اگر جرم مثبت باشد، در اینجا به یکی نیاز است. اطلاعات تکمیلی، زیرا یک سیاهچاله نیز می تواند یک کرم چاله باشد. توده منفی به طور کلی یکی از لحظات اصلی کل داستان با کرمچاله ها است. زیرا برای قابل عبور بودن، کرمچاله باید با چیزی که ماده عجیب و غریب نامیده می شود پر شود - ماده ای که در آن حداقل در جاهایی، در برخی نقاط، چگالی انرژی منفی است. در سطح کلاسیک، هیچ کس هرگز چنین ماده ای را ندیده است، اما ما با اطمینان می دانیم که در اصل می تواند وجود داشته باشد. اثرات کوانتومی که منجر به پیدایش چنین ماده ای می شود ثبت شده است. این یک پدیده نسبتاً شناخته شده است و به آن اثر کازیمیر می گویند. به طور رسمی ثبت شد. و دقیقاً با وجود چگالی انرژی منفی مرتبط است که بسیار الهام بخش است.

اثر کازیمیر اثری است که شامل جاذبه متقابل اجسام بدون بار رسانا تحت تأثیر نوسانات کوانتومی در خلاء است. اغلب ما در مورد دو سطح آینه بدون بار موازی صحبت می کنیم که در فاصله نزدیک قرار گرفته اند، اما اثر کازیمیر در هندسه های پیچیده تر نیز وجود دارد. دلیل این اثر نوسانات انرژی در خلاء فیزیکی به دلیل تولد مداوم و ناپدید شدن ذرات مجازی در آن است. این اثر توسط فیزیکدان هلندی هندریک کازیمیر در سال 1948 پیش بینی شد و بعداً به صورت تجربی تأیید شد.

به طور کلی، در علم کوانتومی، چگالی انرژی منفی یک چیز نسبتاً رایج است که به عنوان مثال با تبخیر هاوکینگ مرتبط است. اگر چنین چگالی وجود داشته باشد، می توانیم این سوال را بپرسیم: جرم سیاهچاله (پارامتر میدان گرانشی که ایجاد می کند) چقدر است؟ راه حلی برای این مشکل وجود دارد که در مورد سیاهچاله ها صدق می کند - یعنی اجرام با جرم مثبت، و راه حلی وجود دارد که برای جرم منفی اعمال می شود. اگر مواد عجیب و غریب زیادی در کرم چاله وجود داشته باشد، جرم این جسم در خارج منفی خواهد بود. بنابراین، یکی از انواع اصلی "مشاهدات" کرمچاله ها ردیابی اجسامی است که می توان فرض کرد جرم منفی دارند. و اگر چنین جسمی را پیدا کنیم، با احتمال نسبتاً بالایی می توانیم بگوییم که این یک کرم چاله است.

کرم‌چاله‌ها نیز به دو دسته درون‌جهانی و بین‌جهانی تقسیم می‌شوند. اگر تونل بین دو دهانه سوراخ نوع دوم را خراب کنیم، می‌توانیم دو جهان کاملاً نامرتبط را ببینیم. چنین کرم چاله ای بین دنیا نامیده می شود. اما اگر همین کار را انجام دهیم و ببینیم که همه چیز خوب است - ما در همان کیهان باقی می‌مانیم - در این صورت یک کرم چاله درون‌جهانی در مقابل خود داریم. این دو نوع کرم چاله اشتراکات زیادی دارند، اما تفاوت های مهمی نیز دارند. واقعیت این است که یک کرم چاله درون جهان، اگر وجود داشته باشد، تمایل دارد به ماشین زمان تبدیل شود. در واقع، در برابر پس زمینه این فرض بود که آخرین موج علاقه به کرمچاله ها به وجود آمد.

برداشت هنرمند از یک کرم چاله

©depositphotos.com

در مورد یک کرم چاله درون جهان، دو مورد وجود دارد راه های مختلفبه همسایه خود نگاه کنید: مستقیماً از طریق تونل یا در یک راه دور. اگر شروع به حرکت دادن یک دهان کرم چاله نسبت به دیگری کنید، مطابق با پارادوکس دوقلو معروف، نفر دوم که از سفر بازمی گردد، جوانتر از بقیه خواهد بود. از طرف دیگر، وقتی از تونل نگاه می کنید، هر دو از دید خود در آزمایشگاه های بی حرکت نشسته اید، هیچ اتفاقی برای شما نمی افتد، ساعت های شما هماهنگ هستند. بنابراین، شما امکان تئوریک شیرجه در این تونل و ظهور در لحظه ای را دارید که از نظر یک ناظر خارجی، قبل از لحظه ای که شما شیرجه زده اید، ظاهر شوید. تأخیر به میزان مناسب امکان چنین سفر دایره‌ای را در فضا-زمان ایجاد می‌کند، زمانی که به مکان اصلی عزیمت خود بازگردید و دست تجسم قبلی خود را بفشارید.

پارادوکس دوقلو یک آزمایش فکری است که می‌کوشد ناسازگاری نظریه نسبیت خاص را «اثبات» کند. به گفته SRT، از دیدگاه ناظران "ایستا"، همه فرآیندها در اجسام متحرک کند می شوند. از سوی دیگر، اصل نسبیت برابری را اعلام می کند سیستم های اینرسیشمارش معکوس بر این اساس، استدلالی ساخته می شود که به یک تناقض ظاهری منجر می شود. برای وضوح، داستان دو برادر دوقلو در نظر گرفته شده است. یکی از آنها (مسافر) به یک پرواز فضایی می رود و دومی (جسد خانه) روی زمین می ماند. اغلب، "پارادوکس" به صورت زیر فرموله می شود:

از دیدگاه کاناپه سیب زمینی، ساعت مسافر در حال حرکت در حرکت آهسته است، بنابراین هنگام بازگشت باید از ساعت سیب زمینی کاناپه عقب بماند. از سوی دیگر، زمین نسبت به مسافر در حال حرکت بود، بنابراین ساعت نیمکتی باید عقب بماند. در واقع، برادران دارای حقوق مساوی هستند، بنابراین، پس از بازگشت، ساعت های آنها باید همان زمان را نشان دهند. با این حال، به گفته SRT، ساعت مسافرتی عقب خواهد ماند. در این نقض تقارن ظاهری برادران، تناقضی دیده می شود.

- تفاوت اساسی بین کرم چاله و سیاهچاله چیست؟

اول از همه، باید گفت که دو نوع سیاهچاله وجود دارد - سیاهچاله هایی که در نتیجه فروپاشی ستارگان تشکیل شده اند، و آنهایی که در ابتدا وجود داشته اند، همراه با ظهور خود کیهان به وجود آمده اند. این دو اساسی هستند انواع متفاوتسیاه چاله ها زمانی مفهومی به عنوان "حفره سفید" وجود داشت، اما اکنون به ندرت از آن استفاده می شود. سفیدچاله همان سیاهچاله است، اما در زمان به عقب در حال تکامل است. ماده فقط در یک سیاهچاله پرواز می کند، اما هرگز نمی تواند از آنجا فرار کند. برعکس، ماده فقط از یک سفیدچاله خارج می شود، اما به هیچ وجه امکان ورود به آن وجود ندارد. در واقع، اگر به یاد داشته باشیم که نظریه نسبیت عام متقارن است، این یک چیز بسیار طبیعی است، به این معنی که اگر سیاهچاله وجود داشته باشد، سفید نیز باید وجود داشته باشد. کلیت آنها نمایانگر یک کرم چاله است.

سیاه چاله ای که توسط یک هنرمند تصور می شود

©VICTOR HABBICK VISIONS/SPL/Getty

- در مورد ساختار داخلی کرمچاله ها چه می دانیم؟

تاکنون مدل هایی به این معنا فقط ساخته می شوند. از یک طرف، می دانیم که ظاهر این ماده عجیب و غریب ممکن است حتی به صورت تجربی کشف شده باشد، اما هنوز سوالات زیادی باقی مانده است. تنها مدل کرم چاله ای که برای من شناخته شده است و کم و بیش با واقعیت مطابقت دارد، مدل کرم چاله ای است که در ابتدا تبخیر می شود (از زمان ظهور کیهان). در اثر این تبخیر، چنین سوراخی برای مدت طولانی قابل عبور باقی می ماند.

- دقیقاً روی چه چیزی کار می کنید؟

من تمیز درس میخونم فعالیت نظری، آنچه را که می توان به طور کلی ساختار علی فضا-زمان نامید نظریه نسبیت کلاسیک است که گاهی اوقات نیمه کلاسیک است (هنوز که مشخص است نظریه کوانتومی وجود ندارد).

در نظریه کلاسیک غیر نسبیتی می توان شواهد نسبتاً قانع کننده ای به دست آورد که سفر در زمان نمی تواند وجود داشته باشد، اما در نسبیت عام چنین شواهدی وجود ندارد. و انیشتین، زمانی که تازه داشت نظریه خود را توسعه می داد، متوجه این موضوع شد. او فکر کرد که آیا راهی برای رد این احتمال وجود دارد؟ سپس همانطور که خود بعداً گفت نتوانست از عهده این کار برآید. و اگرچه انیشتین زبانی را برای مطالعه این سوال ایجاد کرد، اما این وظیفه دانشگاهی باقی ماند. در اواخر دهه 1940، زمانی که گودل یک مدل کیهان‌شناسی حاوی چنین منحنی‌های بسته‌ای را پیشنهاد کرد، علاقه به آن افزایش یافت. اما از آنجایی که گودل همیشه چیزی عجیب و غریب پیشنهاد می کرد، با علاقه با آن برخورد شد، اما بدون عواقب علمی جدی. و سپس، جایی در پایان قرن گذشته، عمدتاً به لطف داستان های علمی تخیلی - به عنوان مثال، فیلم "تماس" با جودی فاستر - علاقه به موضوع سفر در زمان با استفاده از کرم چاله ها دوباره احیا شد. نویسنده رمانی که فیلمنامه بر روی آن نوشته شده است، اخترشناس بسیار معروف و محبوب کننده علم کارل ساگان است. او این موضوع را بسیار جدی گرفت و از دوستش، کیپ تورن، نسبیت‌گرای بسیار معروفش، خواست که ببیند آیا همه آنچه در فیلم توضیح داده شده از نظر علمی امکان‌پذیر است یا خیر. و او یک مقاله نیمه محبوب در مجله ای برای معلمان فیزیک آمریکایی منتشر کرد، "کرم چاله ها به عنوان ابزاری برای مطالعه نظریه نسبیت عام"، جایی که او امکان سفر در زمان از طریق کرم چاله ها را در نظر گرفت. و باید بگویم که در آن زمان ایده سفر از طریق سیاهچاله ها در داستان های علمی تخیلی رایج بود. اما او فهمید که یک سیاهچاله یک جسم کاملاً غیرقابل عبور است - سفر از طریق آنها غیرممکن است، بنابراین او کرمچاله ها را امکان سفر در زمان در نظر گرفت. اگرچه قبلاً این موضوع شناخته شده بود، اما به دلایلی مردم نتیجه گیری های او را ایده ای کاملاً تازه تلقی کردند و برای بررسی آن عجله کردند. علاوه بر این، تاکید بر این فرض بود که ماشین زمان نمی تواند وجود داشته باشد، اما آنها تصمیم گرفتند دلیل آن را بیابند. و خیلی سریع فهمیدند که هیچ اعتراض آشکاری به وجود چنین ماشینی وجود ندارد. از آن زمان، تحقیقات در مقیاس بزرگتر آغاز شد و نظریه ها شروع به ظهور کردند. به طور کلی من از آن زمان این کار را انجام می دهم.

تماس یک فیلم علمی تخیلی محصول سال ۱۹۹۷ است. کارگردان: رابرت زمکیس. داستان اصلی: الی آرووی (جودی فاستر) تمام زندگی خود را وقف علم کرده است، او در پروژه ای برای جستجوی هوش فرازمینی شرکت می کند. تمام تلاش ها برای جستجوی سیگنال های فرازمینی بی نتیجه است و آینده پروژه او در خطر است. الی از یافتن حمایت ناامید می شود، اما به طور غیرمنتظره ای از میلیاردر عجیب و غریب هادن کمک دریافت می کند. و نتیجه اینجاست - الی سیگنال را دریافت می کند. رمزگشایی سیگنال نشان می دهد که حاوی توضیحات یک دستگاه فنی است. هدف آن نامشخص است، اما در داخل فضایی برای یک نفر وجود دارد.

پس از ایجاد و راه اندازی دستگاه، الی به سفری از طریق سیستم کرم چاله می رود و احتمالاً به سیاره ای در منظومه ستاره ای دیگر منتقل می شود. هنگامی که در آنجا بیدار می شود، در ساحل دریا، با نماینده تمدن دیگری ملاقات می کند که تصویر پدر مرحومش را انتخاب کرده است. با نگاهی به اطراف، قهرمان متوجه می شود که این منطقه توسط یک ذهن بیگانه در ذهن او در تصویر نقاشی ای که در کودکی کشیده است، بازسازی شده است. بیگانه به او می گوید که این دستگاه امکان سازماندهی سیستمی از مسیرهای ارتباطی بین ستاره ای را فراهم می کند و زمین از این پس به عضوی از جامعه تمدن های جهان می شود.

الی به زمین باز می گردد. از دید ناظران بیرونی، پس از راه اندازی اینستالیشن هیچ اتفاقی برای او نیفتاد و بدن او سیاره ما را ترک نکرد. الی در موقعیتی متناقض قرار می گیرد. او که دانشمند است، از نظر علم سختگیرانه، به هیچ وجه نمی تواند سخنان خود را تأیید کند. یک مورد دیگر نیز مشخص می شود: دوربین فیلمبرداری که در طول سفر به الی وصل شده بود، چیزی ضبط نکرد، اما مدت زمان ضبط خالی چند ثانیه نبود، بلکه 18 ساعت بود...

- آیا می توان کرم چاله را "ساخت" کرد؟

یک نتیجه علمی دقیق در این مورد وجود دارد. این به این دلیل است که هیچ نتیجه دقیقی در مورد مطالعه سوراخ های خال وجود ندارد. یک قضیه ای هست که خیلی وقت پیش ثابت شده بود و این را می گوید. چیزی به نام هذل گویی جهانی وجود دارد. در این مورد، اصلاً مهم نیست که معنی آن چیست، اما نکته اینجاست که در حال حاضر و از آنجایی که فضا در سطح جهانی هذلولی است، ایجاد کرم چاله غیرممکن است - می تواند در طبیعت وجود داشته باشد، اما شما نمی توانید تا خودت درست کنی اگر بتوانید هذل گویی جهانی را مختل کنید، شاید بتوانید یک کرم چاله ایجاد کنید. اما واقعیت این است که این نقض به خودی خود یک چیز عجیب و غریب است، آنقدر ضعیف مطالعه شده و درک ناقص، که محصول جانبی در قالب تولد یک کرم چاله در حال حاضر یک چیز نسبتا جزئی در مقایسه با واقعیتی است که شما مدیریت کردید. برای نقض هذل گویی جهانی یک چیز بسیار معروف در اینجا وجود دارد به نام «اصل سانسور کیهانی شدید» که می گوید فضا همیشه در سطح جهانی هذلولی است. اما این، در اصل، چیزی بیش از یک آرزو نیست. هیچ مدرکی دال بر صحت این اصل وجود ندارد، صرفاً یک اطمینان درونی ذاتی در بسیاری از مردم وجود دارد که فضا-زمان باید در سطح جهانی هذلولی باشد. اگر چنین باشد، ایجاد کرم چاله غیرممکن است - باید به دنبال یک کرم چاله باشید. در همین حال، تردیدهای شدیدی در مورد صحت اصل سانسور کیهانی توسط خود نویسنده، راجر پنروز بیان شد، اما این داستان دیگری است.

- بنابراین، ایجاد یک کرم چاله مستلزم صرف انرژی جدی است؟

گفتن چیزی در اینجا بسیار دشوار است. مشکل این است که وقتی هذل گویی جهانی شما نقض می شود، پیش بینی پذیری نیز نقض می شود - این عملاً همان چیزی است. می توانید به نوعی فضای نزدیک خود را از نظر هندسی تغییر دهید، مثلاً یک کیف بردارید و در جای دیگری بگذارید. اما محدودیت‌های خاصی وجود دارد که در آن می‌توانید این کار را انجام دهید، به‌ویژه محدودیتی که توسط قابلیت پیش‌بینی تحمیل شده است. به عنوان مثال، گاهی اوقات می توانید بگویید که در 2 ثانیه چه اتفاقی می افتد و گاهی اوقات نمی توانید. خط آنچه شما می توانید یا نمی توانید پیش بینی کنید دقیقاً در هذل انگاری جهانی نهفته است. اگر فضا-زمان شما در سطح جهانی هذلولی است، می توانید تکامل آن را پیش بینی کنید. اگر فرض کنیم که در نقطه‌ای از هذل‌گویی جهانی نقض می‌شود، همه چیز با قابلیت پیش‌بینی بسیار بد می‌شود. بنابراین، یک چیز شگفت انگیز به وجود می آید، به عنوان مثال، به طوری که در اینجا و در حال حاضر یک کرم چاله می تواند تحقق یابد، که از طریق آن یک شیر به بیرون می پرد. این یک پدیده عجیب و غریب خواهد بود، اما هیچ قانون فیزیک را نقض نخواهد کرد. از طرفی می توانید تلاش، پول و منابع زیادی را صرف کنید تا به نوعی این روند را تسهیل کنید. اما نتیجه همچنان یکسان خواهد بود - در هر دو مورد شما نمی دانید که کرم چاله ظاهر می شود یا نه. در فیزیک کلاسیک، ما نمی‌توانیم کاری در مورد آن انجام دهیم - اگر بخواهد به وجود می‌آید، اگر بخواهد به وجود نمی‌آید - اما علم کوانتوم هنوز هیچ سرنخی در مورد این موضوع به ما نمی‌دهد.

اصل "سانسور کیهانی" در سال 1969 توسط راجر پنروز به شکل مجازی زیر فرموله شد: "طبیعت از تکینگی برهنه متنفر است." بیان می‌کند که تکینگی‌های فضا-زمان در مکان‌هایی ظاهر می‌شوند که، مانند فضای داخلی سیاه‌چاله‌ها، از دید ناظران پنهان است. این اصل هنوز اثبات نشده است و دلایلی وجود دارد که در صحت مطلق آن تردید کنیم (مثلاً فروپاشی یک ابر غبار با تکانه زاویه ای بالا منجر به "تکینگی برهنه" می شود، اما مشخص نیست که آیا این حل معادلات انیشتین است یا خیر. با توجه به اغتشاشات کوچک داده های اولیه پایدار است).

فرمول پنروز (شکل قوی از سانسور کیهانی) فرض می کند که فضازمان به عنوان یک کل در سطح جهانی هذلولی است.

بعدها، استیون هاوکینگ فرمول متفاوتی را پیشنهاد کرد (شکل ضعیفی از سانسور کیهانی)، که فقط هذل‌گویی جهانی جزء «آینده» فضا-زمان را فرض می‌کند.

برای انتشار کار با معادلات پایه نسبیت عام (GR). بعدها مشخص شد که نظریه جدید گرانش، که در سال 2015 صد ساله می شود، وجود سیاهچاله ها و تونل های فضا-زمان را پیش بینی می کند. Lenta.ru در مورد آنها به شما خواهد گفت.

GTO چیست؟

نسبیت عام مبتنی بر اصول هم ارزی و کوواریانس عام است. اولین (اصل ضعیف) به معنای تناسب جرم اینرسی (مرتبط با حرکت) و گرانشی (مرتبط با گرانش) است و اجازه می دهد ( اصل قویدر یک منطقه محدود از فضا، نمی توان بین میدان گرانشی و حرکت شتابدار تمایز قائل شد. یک نمونه کلاسیک آسانسور است. با او حرکت با شتاب یکنواختبه سمت بالا نسبت به زمین، ناظری که در آن قرار دارد نمی تواند تشخیص دهد که آیا در یک میدان گرانشی قوی تر است یا در یک جسم ساخته شده توسط انسان حرکت می کند.

اصل دوم (کوواریانس عمومی) فرض می کند که معادلات نسبیت عام شکل خود را در طول تبدیل نظریه نسبیت خاص، که توسط انیشتین و سایر فیزیکدانان تا سال 1905 ایجاد شد، حفظ می کنند. ایده های هم ارزی و کوواریانس منجر به نیاز به در نظر گرفتن یک فضا-زمان منفرد شد که در حضور اجسام عظیم منحنی می شود. این امر نسبیت عام را از نظریه کلاسیک گرانش نیوتن متمایز می کند که در آن فضا همیشه صاف است.

نسبیت عام در چهار بعد شامل شش بعد مستقل است معادلات دیفرانسیلدر مشتقات جزئی برای حل آنها (یافتن یک شکل صریح از تانسور متریک که انحنای فضا-زمان را توصیف می کند)، لازم است که شرایط مرزی و مختصات و همچنین تانسور انرژی- تکانه را مشخص کنیم. دومی توزیع ماده را در فضا توصیف می کند و، به عنوان یک قاعده، با معادله حالت مورد استفاده در تئوری همراه است. علاوه بر این، معادلات نسبیت عام اجازه معرفی یک ثابت کیهانی (اصطلاح لامبدا) را می دهد که اغلب با انرژی تاریک و احتمالاً یک میدان اسکالر متناظر مرتبط است.

سیاه چاله ها

در سال 1916 آلمان فیزیکدان ریاضیکارل شوارتزشیلد اولین راه حل را برای معادلات نسبیت عام یافت. این میدان گرانشی ایجاد شده توسط توزیع جرم متقارن مرکزی با صفر را توصیف می کند شارژ الکتریکی. این محلول حاوی به اصطلاح شعاع گرانشی جسم بود که اندازه جسمی را با توزیع کروی متقارن ماده تعیین می‌کند که فوتون‌ها (کوانتاهایی که با سرعت نور حرکت می‌کنند) نمی‌توانند آن را ترک کنند. میدان الکترومغناطیسی).

کره شوارتزشیلد که به این شکل تعریف شده است با مفهوم افق رویداد یکسان است و جسم عظیمی که توسط آن محدود شده است مشابه یک سیاهچاله است. درک جسمی که در چارچوب نسبیت عام به آن نزدیک می شود بسته به موقعیت ناظر متفاوت است. برای یک ناظر مرتبط با بدن، رسیدن به کره شوارتزشیلد در زمان مناسبی محدود اتفاق می افتد. برای یک ناظر خارجی، نزدیک شدن یک جسم به افق رویداد زمان بی‌نهایتی را می‌طلبد و مانند سقوط نامحدود آن بر روی یک کره شوارتزشیلد است.

فیزیکدانان نظری شوروی نیز به نظریه ستاره های نوترونی کمک کردند. لو لاندو در مقاله خود در سال 1932 با عنوان "درباره نظریه ستارگان" وجود ستارگان نوترونی را پیش بینی کرد و در کار خود "درباره منابع انرژی ستاره ای" که در سال 1938 در مجله نیچر منتشر شد، وجود ستاره هایی با نوترون را پیشنهاد کرد. هسته.

چگونه اجرام عظیم به سیاهچاله تبدیل می شوند؟ محافظه کارانه و در حال حاضر شناخته شده ترین پاسخ به این سوال در سال 1939 توسط فیزیکدانان نظری رابرت اوپنهایمر داده شد (در سال 1943 او مدیر علمی پروژه منهتن شد، که در چارچوب آن اولین پروژه جهان بمب اتمی) و دانشجوی فارغ التحصیلش هارتلند اسنایدر.

در دهه 1930، اخترشناسان به این سوال علاقه مند شدند که اگر سوخت هسته ای یک ستاره تمام شود، آینده ستاره ای به پایان برسد. برای ستارگان کوچکی مانند خورشید، تکامل منجر به تبدیل شدن به کوتوله‌های سفید می‌شود که در آن نیروی فشردگی گرانشی توسط دافعه الکترومغناطیسی پلاسمای الکترون-هسته‌ای متعادل می‌شود. برای ستاره‌های سنگین‌تر، گرانش قوی‌تر از الکترومغناطیس است و ستاره‌های نوترونی به وجود می‌آیند. هسته چنین اجسامی از مایع نوترونی ساخته شده است و توسط یک لایه پلاسمایی نازک از الکترون ها و هسته های سنگین پوشیده شده است.

تصویر: شرق نیوز

مقدار محدود جرم یک کوتوله سفید، که از تبدیل شدن آن به یک ستاره نوترونی جلوگیری می کند، برای اولین بار در سال 1932 توسط اخترفیزیکدان هندی، سوبرامانیان چاندراسهکار برآورد شد. این پارامتر از شرایط تعادل دژنره محاسبه می شود گاز الکترونیو نیروهای گرانشی معنای مدرنحد چاندراسخار 1.4 جرم خورشیدی تخمین زده شده است.

حد بالایی جرم یک ستاره نوترونی که در آن به سیاهچاله تبدیل نمی شود، حد اوپنهایمر-ولکوف نامیده می شود. از شرایط تعادل بین فشار گاز نوترون منحط و نیروهای گرانشی تعیین می شود. در سال 1939، آنها مقدار 0.7 جرم خورشید را به دست آوردند. برآوردهای مدرناز 1.5 تا 3.0 متغیر است.

سوراخ خال

از نظر فیزیکی، کرم چاله تونلی است که دو ناحیه دورافتاده فضا-زمان را به هم متصل می کند. این مناطق ممکن است در یک جهان باشند یا به هم متصل شوند نقاط مختلفجهان های مختلف (در چارچوب مفهوم چندجهانی). بسته به امکان بازگشت از سوراخ، آنها را به قابل عبور و صعب العبور تقسیم می کنند. سوراخ های صعب العبور به سرعت بسته می شوند و مسافر احتمالی را از سفر برگشت باز می دارد.

از نقطه نظر ریاضی، کرم چاله یک شی فرضی است که به عنوان راه حل غیر مفرد خاص (متناهی و دارای معنای فیزیکی) از معادلات نسبیت عام بدست می آید. به طور معمول، کرمچاله ها به صورت یک سطح دو بعدی خمیده به تصویر کشیده می شوند. شما می توانید از یک طرف به طرف دیگر یا به روش معمول یا از طریق تونل اتصال آنها. در مورد بصری فضای دو بعدی، می توان دید که این امکان را به فرد می دهد تا فاصله را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

در دو بعد، گلوهای یک کرم چاله - سوراخ هایی که تونل از آن شروع می شود و به پایان می رسد - به شکل دایره است. در سه بعد، گردن کرم چاله شبیه یک کره است. چنین اجسامی از دو تکینگی در نواحی مختلف فضا-زمان به وجود می آیند که در ابرفضا (فضای بعد بالاتر) به سمت یکدیگر کشیده می شوند تا یک سوراخ ایجاد کنند. از آنجایی که یک حفره یک تونل فضا-زمان است، می توانید نه تنها در فضا، بلکه در زمان نیز از آن عبور کنید.

لودویگ فلام اولین کسی بود که در سال 1916 راه حلی برای معادلات نسبیت عام از نوع کرمچاله ارائه کرد. کار او که یک کرم چاله با گردن کروی بدون ماده گرانشی را توصیف می کرد، توجه دانشمندان را به خود جلب نکرد. در سال 1935، اینشتین و ناتان روزن، فیزیکدان نظری آمریکایی-اسرائیلی، که با کار فلام آشنا نبود، راه حل مشابهی برای معادلات نسبیت عام یافتند. آنها در این کار با تمایل به ترکیب گرانش با الکترومغناطیس و خلاص شدن از تکینگی های راه حل شوارتزشیلد هدایت شدند.

در سال 1962، فیزیکدانان آمریکایی جان ویلر و رابرت فولر نشان دادند که کرم چاله فلام و پل انیشتین-رزن به سرعت فرو می ریزند و بنابراین غیر قابل عبور هستند. اولین راه حل معادلات نسبیت عام با یک کرم چاله قابل عبور در سال 1986 توسط فیزیکدان آمریکایی کیپ تورن ارائه شد. کرم چاله او با ماده ای با چگالی جرم متوسط ​​منفی پر شده و از بسته شدن تونل جلوگیری می کند. ذرات بنیادی با چنین خواصی هنوز برای علم ناشناخته هستند. آنها احتمالاً می توانند بخشی از ماده تاریک باشند.

جاذبه امروز

راه حل شوارتزشیلد ساده ترین راه حل برای سیاهچاله ها است. اکنون سیاهچاله های چرخان و باردار شرح داده شده اند. متوالی نظریه ریاضینظریه سیاهچاله ها و تکینگی های مرتبط با آن در آثار راجر پنروز، ریاضیدان و فیزیکدان بریتانیایی ایجاد شد. در سال 1965، او مقاله ای با عنوان "فروپاشی گرانشی و تکینگی های فضا-زمان" در مجله Physical Review Letters منتشر کرد.

شکل گیری سطح به اصطلاح تله را توصیف می کند که منجر به تکامل یک ستاره به یک سیاهچاله و ظهور یک تکینگی می شود - ویژگی فضا-زمان که در آن معادلات نسبیت عام راه حل هایی را ارائه می دهند که از نقطه فیزیکی نادرست هستند. از دید یافته های پنروز به عنوان اولین نتیجه ریاضی دقیق نسبیت عام در نظر گرفته می شود.

اندکی بعد، این دانشمند به همراه استیون هاوکینگ بریتانیایی نشان دادند که در گذشته های دور جهان در حالتی با چگالی جرمی بی نهایت قرار داشت. تکینگی هایی که در نسبیت عام به وجود می آیند و در آثار پنروز و هاوکینگ توصیف می شوند، در فیزیک مدرن قابل توضیح نیستند. به ویژه، این منجر به غیرممکن بودن توصیف طبیعت قبل از بیگ بنگ بدون دخالت فرضیه ها و نظریه های اضافی، به عنوان مثال، مکانیک کوانتومی و نظریه ریسمان می شود. توسعه نظریه کرم چاله ها نیز در حال حاضر بدون مکانیک کوانتومی غیرممکن است.

گروهی از فیزیکدانان آلمان و یونان به رهبری بورکهارد کلایهاوس نگاهی اساساً جدید به مسئله ارائه کردند. کرم چاله ها. این چیزی است که آنها نامیده می شوند اجسام فرضی که در آنها انحنای فضا و زمان رخ می دهد.

اعتقاد بر این است که آنها تونل هایی هستند که از طریق آنها می توان در یک لحظه به دنیاهای دیگر سفر کرد.

کرم‌چاله‌ها یا کرم‌چاله‌ها، همانطور که به آن‌ها نیز گفته می‌شود، برای همه طرفداران داستان‌های علمی تخیلی شناخته شده‌اند، جایی که این اشیاء بسیار واضح و چشمگیر توصیف می‌شوند (اگرچه در کتاب‌ها بیشتر به آنها فضای صفر می‌گویند). به لطف آنها است که قهرمانان می توانند در مدت زمان بسیار کوتاهی از یک کهکشان به کهکشان دیگر حرکت کنند. مدت کوتاهی. در مورد کرمچاله های واقعی، وضعیت با آنها بسیار پیچیده تر است. هنوز مشخص نیست که آیا آنها واقعا وجود دارند یا اینکه آیا این همه نتیجه تخیل وحشیانه فیزیکدانان نظری است.

بر اساس دیدگاه های سنتی، کرم‌چاله‌ها برخی از ویژگی‌های فرضی جهان ما یا بهتر بگوییم فضا و زمان هستند. بر اساس مفهوم پل انیشتین-رزن، در هر لحظه از زمان تونل های خاصی در جهان ما ظاهر می شود که از طریق آنها می توانید تقریباً بلافاصله (یعنی بدون از دست دادن زمان) از یک نقطه در فضا به نقطه دیگر بروید.

به نظر می رسد که می توانید با کمک آنها به دلخواه خود از راه دور منتقل شوید! اما مشکل اینجاست: اولاً، این کرم‌چاله‌ها بسیار کوچک هستند (فقط ذرات بنیادی می‌توانند به راحتی در آنها پرسه بزنند)، و ثانیاً، آنها برای مدت بسیار کوتاهی، میلیونیم ثانیه وجود دارند. به همین دلیل است که مطالعه آنها بسیار دشوار است - تا کنون، تمام مدل های کرم چاله به طور تجربی تایید نشده اند.

با این وجود، دانشمندان هنوز ایده ای از آنچه می تواند در داخل چنین تونلی وجود داشته باشد دارند (اگرچه، متأسفانه، آن نیز فقط نظری است). اعتقاد بر این است که همه چیز در آنجا پر از ماده به اصطلاح عجیب و غریب است (نباید با ماده تاریک اشتباه شود، اینها موضوعات متفاوتی هستند). و این ماده نام مستعار خود را از این واقعیت گرفت که از ذرات بنیادی اساساً متفاوت تشکیل شده است. و به همین دلیل ، بیشتر قوانین فیزیکی در آن رعایت نمی شود - به ویژه ، انرژی می تواند چگالی منفی داشته باشد ، نیروی گرانش جذب نمی کند ، اما اجسام را دفع می کند و غیره. به طور کلی، در داخل تونل همه چیز کاملاً متفاوت است مردم عادی. اما دقیقاً همین ماده نامنظم است که انتقال بسیار معجزه آسا را ​​از طریق کرم چاله فراهم می کند.

در واقع، نظریه نسبیت عام معروف اینشتین به احتمال وجود کرم چاله ها بسیار وفادار است - وجود چنین تونل هایی را رد نمی کند (اگرچه تایید نمی کند). خوب، آنچه که حرام نیست، همانطور که می دانیم جایز است. بنابراین، بسیاری از اخترفیزیکدانان، از اواسط قرن گذشته، به طور فعال در تلاش برای یافتن آثاری از حداقل یک کرم چاله کم و بیش پایدار بوده اند.

به طور دقیق، علاقه آنها را می توان درک کرد - اگر معلوم شود که چنین تونلی در اصل امکان پذیر است، پس سفر از طریق آن به جهان های دور به یک موضوع بسیار ساده تبدیل می شود (البته، به شرطی که کرم چاله در فاصله کمی قرار داشته باشد. منظومه شمسی). با این حال، جستجو برای این شی با این واقعیت پیچیده است که دانشمندان هنوز، به طور دقیق، دقیقاً نمی دانند دقیقاً به دنبال چه چیزی باشند. در واقع، دیدن مستقیم این سوراخ غیرممکن است، زیرا مانند سیاهچاله ها، همه چیز را به درون خود می مکد (از جمله تشعشع)، اما چیزی آزاد نمی کند. ما به برخی نشانه‌های غیرمستقیم وجود آن نیاز داریم، اما سؤال این است که دقیقاً چیست؟

و اخیراً گروهی از فیزیکدانان آلمانی و یونانی به سرپرستی بورخارد کلایهاوس از دانشگاه اولدنبورگ (آلمان) به منظور کاهش درد و رنج اخترفیزیکدانان، نگاهی اساساً جدید به مسئله کرم چاله ها ارائه کردند. از نظر آنها اینها تونل ها واقعاً می توانند در کیهان وجود داشته باشند و کاملاً پایدار باشند. و طبق گفته گروه Clayhouse، هیچ ماده عجیب و غریبی در داخل آنها وجود ندارد.

دانشمندان بر این باورند که پیدایش کرمچاله‌ها ناشی از نوسانات کوانتومی است که تقریباً بلافاصله پس از انفجار بزرگ مشخصه کیهان اولیه بود و به اصطلاح فوم کوانتومی را ایجاد کرد. بگذارید این را به شما یادآوری کنم کف کوانتومینوعی مفهوم شرطی است که می تواند به عنوان توصیف کیفی تلاطم فضا-زمان زیراتمی در فواصل بسیار کوتاه (به ترتیب طول پلانک، یعنی فاصله 10-33 سانتی متر) مورد استفاده قرار گیرد.

به طور تصویری، فوم کوانتومی را می‌توان به صورت زیر تصور کرد: تصور کنید که در جایی در بازه‌های زمانی بسیار کوتاه، در مناطق بسیار کوچکی از فضا، انرژی کافی برای تبدیل این قطعه از فضا به یک سیاه‌چاله می‌تواند خود به خود ظاهر شود. و این انرژی نه تنها از هیچ، بلکه در نتیجه برخورد ذرات با پادذرات و نابودی متقابل آنها ظاهر می شود. و سپس نوعی دیگ جوشان در برابر چشمان ما ظاهر می شود که در آن سیاهچاله ها به طور مداوم ظاهر می شوند و بلافاصله ناپدید می شوند.

بنابراین، به گفته نویسندگان این مطالعه، بلافاصله پس از انفجار بزرگ، جهان ما کاملاً از فوم کوانتومی تشکیل شده بود.. و در هر لحظه در او برخاستند نه تنها سیاهچاله ها، بلکه کرمچاله ها نیز. و سپس تورم (یعنی انبساط) کیهان نه تنها باید آن را به اندازه های بسیار زیاد کند، بلکه در عین حال سوراخ ها را به شدت افزایش داده و آنها را پایدار می کند. به حدی که امکان نفوذ اجسام نسبتاً بزرگ به آنها وجود داشت.

با این حال، یک شکار در اینجا وجود دارد. واقعیت این است که اگرچه اجسام بزرگ، طبق این مدل، می توانند وارد یک کرم چاله شوند، تأثیر گرانشی روی آنها هنگام ورود باید بسیار کم باشد. در غیر این صورت آنها به سادگی تکه تکه می شوند. اما اگر انحنای فضا-زمان در ورودی "هموار" باشد، پس سفر از طریق آن به خودی خود نمی تواند آنی باشد. طبق محاسبات محققان، ده ها یا حتی صدها سال نوری طول می کشد، زیرا خروجی از کرم چاله که برای یک جسم بزرگ قابل دسترسی است، بسیار دور از ورودی خواهد بود.

محققان بر این باورند که کشف این اجسام در کیهان، اگرچه آسان نیست، اما همچنان امکان پذیر است. حتی اگر ممکن است شبیه سیاهچاله ها باشند، هنوز تفاوت هایی وجود دارد. به عنوان مثال، در یک سیاهچاله، گازی که فراتر از افق رویداد می افتد، بلافاصله اشعه ایکس را متوقف می کند، در حالی که گازی که در یک کرم چاله سقوط می کند (که افق رویداد ندارد) به این کار ادامه می دهد. به هر حال، رفتار مشابهی از گاز اخیرا توسط هابل در مجاورت جسم کمان A* ثبت شده است که به طور سنتی سیاهچاله ای عظیم در نظر گرفته می شود. اما با قضاوت بر اساس رفتار گاز، ممکن است یک کرم چاله پایدار باشد.

با توجه به مفهوم گروه Clayhouse، ممکن است نشانه های دیگری وجود داشته باشد که نشان دهنده وجود کرم چاله ها باشد. از نظر تئوری، می توان وضعیتی را تصور کرد که در آن ستاره شناسان مستقیماً متوجه ناکافی بودن تصویر پشت کرم چاله می شوند، اگر تلسکوپ به طور تصادفی به بخش خود از آسمان پرستاره تبدیل شود. در این صورت، تصویری را در فاصله ده‌ها یا صدها سال نوری نشان می‌دهد که ستاره‌شناسان به راحتی می‌توانند آن را از آنچه که باید در این مکان باشد تشخیص دهند. گرانش ستاره (اگر در طرف دیگر کرمچاله باشد) همچنین می تواند نور ستاره های دوردست را که از نزدیکی کرم چاله عبور می کنند منحرف کند.

لازم به ذکر است که کار فیزیکدانان یونانی و آلمانی اگرچه صرفاً نظری است، اما برای ستاره شناسان بسیار مهم است. او برای اولین بار همه چیز را سیستماتیک می کند نشانه های احتمالیکرم چاله هایی که می توان مشاهده کرد. این بدان معناست که با هدایت آن می توان این تونل ها را شناسایی کرد. یعنی اکنون دانشمندان می دانند که دقیقاً باید به دنبال چه چیزی بگردند.

اگرچه، از سوی دیگر، اگر مدل گروه Clayhouse درست باشد، ارزش کرم چاله ها برای بشریت به شدت کاهش می یابد. پس از همه، آنها انتقال فوری به دنیاهای دیگر را فراهم نمی کنند. البته اگر برای چیز دیگری مفید هستند، باز هم باید خواص آنها را مطالعه کنید...