- Sergey Vladilenovich, cos'è un wormhole?

Non esiste una definizione molto rigida. Tali definizioni sono necessarie quando si dimostrano alcuni teoremi, ma non esistono quasi teoremi rigidi, quindi sono principalmente limitati a concetti e immagini figurativi. Immagina di aver preso una palla dal nostro spazio tridimensionale in una stanza e di aver tirato fuori esattamente la stessa palla in un'altra stanza e di aver incollato insieme i confini risultanti di questi buchi. Pertanto, quando in una stanza entriamo in questa ex palla, che è diventata un buco, emergeremo in un'altra stanza, dal buco che si è formato al posto di un'altra palla. Se il nostro spazio non fosse tridimensionale, ma bidimensionale, sembrerebbe un foglio di carta su cui è incollata una penna. L'analogo tridimensionale e il suo sviluppo nel tempo è chiamato wormhole.

- Come studiano i wormhole in generale?

Questa è un'attività puramente teorica. Nessuno ha mai visto i wormhole e, in generale, non c'è nemmeno la certezza che esistano. Cominciarono a studiare i wormhole, partendo dalla domanda: esistono in natura meccanismi che ci garantirebbero che tali cunicoli non possano esistere in natura? Questi meccanismi non sono stati trovati, quindi possiamo supporre che i wormhole siano un fenomeno reale.

- È possibile, in linea di principio, vedere wormhole?

Ovviamente. Se in una stanza chiusa a chiave una persona striscia improvvisamente dal nulla, stai osservando un wormhole. I wormhole come oggetto di studio furono inventati e promossi dal fisico teorico americano John Wheeler, che con il loro aiuto volle spiegare, né più né meno, le cariche elettriche. Lasciatemi spiegare. Descrivere un campo elettrico libero dal punto di vista della fisica teorica non è un compito molto difficile. Ma descrivere una carica elettrica dallo stesso punto di vista è molto difficile. Carica elettrica appare in questo senso come una cosa molto misteriosa: una sorta di sostanza, separata dal campo, di origine sconosciuta, e non è chiaro come gestirla nella fisica classica. L'idea di Wheeler era la seguente. Diciamo che abbiamo un microscopico wormhole crivellato linee elettriche- queste linee entrano da un'estremità ed escono dall'altra. Un osservatore esterno che non sa che queste due estremità sono collegate da linee di forza percepirà un oggetto del genere come una semplice sfera nello spazio, esaminerà il campo attorno ad esso e sembrerà il campo di una carica puntiforme. Solo l'osservatore penserà che si tratta di una sorta di sostanza misteriosa dotata di carica, ecc., E tutto perché non sa che in realtà si tratta di un wormhole. Naturalmente, questa è un'idea molto elegante, e molti hanno provato a svilupparla, ma non hanno fatto molti progressi, perché dopo tutto gli elettroni sono oggetti quantistici e, naturalmente, nessuno sa come descrivere i wormhole a livello quantistico. livello. Ma se assumiamo che l'ipotesi sia vera, allora i wormhole sono più di un fenomeno quotidiano, tutto ciò che riguarda l'elettricità dipenderà in definitiva da loro;

La materia esotica è un concetto di fisica classica che descrive qualsiasi sostanza (solitamente ipotetica) che ne viola una o più condizioni classiche, o non è costituito da barioni conosciuti. Tali sostanze possono avere qualità come la densità di energia negativa o essere respinte anziché attratte a causa della gravità. La materia esotica viene utilizzata in alcune teorie, ad esempio nella teoria sulla struttura dei wormhole. Il rappresentante più famoso della materia esotica è il vuoto nella regione con pressione negativa, prodotto dall'effetto Casimir.

- Che tipi di wormhole esistono?

Dal punto di vista del viaggio teorico, ci sono wormhole percorribili e impraticabili. Quelli attraverso i quali il passaggio viene distrutto sono impraticabili, e ciò avviene così rapidamente che nessun oggetto ha semplicemente il tempo di passare da un'estremità all'altra. Naturalmente, il più interessante da studiare è il secondo tipo di wormhole: quelli percorribili. Esiste anche una bellissima teoria che dice: quelli che consideravamo buchi neri supermassicci al centro delle galassie sono in realtà le bocche dei wormhole. Questa teoria è quasi sottosviluppata e, naturalmente, non ha ancora trovato alcuna conferma; esiste, piuttosto, come una sorta di idea; La sua essenza è che fuori dal wormhole vedi solo che al centro della galassia c'è un certo oggetto sfericamente simmetrico, ma di cosa si tratta - un wormhole o un buco nero - non puoi dirlo, poiché sei fuori da questo oggetto.

In effetti, possono essere distinti da un solo parametro: la massa. Se la massa risulta essere negativa, allora probabilmente si tratta di un wormhole, ma se la massa è positiva, allora ne serve uno qui Informazioni aggiuntive, perché un buco nero può anche rivelarsi un wormhole. La massa negativa in generale è uno dei momenti centrali di tutta la storia dei wormhole. Perché per essere attraversabile, un wormhole deve essere riempito con quella che viene chiamata una sostanza esotica, una sostanza in cui, almeno in alcuni punti, la densità di energia è negativa. A livello classico nessuno ha mai visto una sostanza del genere, ma sappiamo per certo che in linea di principio può esistere. Sono stati registrati effetti quantistici che portano alla comparsa di tale sostanza. Questo è un fenomeno abbastanza noto e si chiama effetto Casimir. È stato ufficialmente registrato. Ed è collegato proprio all'esistenza della densità di energia negativa, che è molto stimolante.

L'effetto Casimir è un effetto che consiste nell'attrazione reciproca di corpi conduttori privi di carica sotto l'influenza di fluttuazioni quantistiche nel vuoto. Molto spesso si parla di due superfici speculari parallele scariche poste a distanza ravvicinata, ma l'effetto Casimir esiste anche in geometrie più complesse. La ragione dell'effetto sono le fluttuazioni energetiche nel vuoto fisico dovute alla costante nascita e scomparsa di particelle virtuali al suo interno. L'effetto fu previsto dal fisico olandese Hendrik Casimir nel 1948 e successivamente confermato sperimentalmente.

In generale, nella scienza quantistica, la densità di energia negativa è una cosa abbastanza comune, associata, ad esempio, all'evaporazione di Hawking. Se esiste una tale densità, possiamo porci la seguente domanda: quanto è grande la massa del buco nero (il parametro del campo gravitazionale che crea)? Esiste una soluzione a questo problema che si applica ai buchi neri, ovvero agli oggetti con massa positiva, e esiste una soluzione che si applica alla massa negativa. Se nel wormhole c'è molta materia esotica, la massa di questo oggetto all'esterno sarà negativa. Pertanto, uno dei principali tipi di “osservazioni” dei wormhole è il monitoraggio di oggetti che si presume abbiano massa negativa. E se troviamo un oggetto del genere, allora con un grado di probabilità sufficientemente elevato possiamo dire che si tratta di un wormhole.

I wormhole sono anche divisi in intra-mondo e inter-mondo. Se distruggiamo il tunnel tra le due bocche del secondo tipo di foro, potremo vedere due universi completamente indipendenti. Un tale wormhole è chiamato intermondano. Ma se facciamo la stessa cosa e vediamo che va tutto bene - rimaniamo nello stesso Universo - allora abbiamo davanti a noi un wormhole intra-mondo. Questi due tipi di wormhole hanno molto in comune, ma ci sono anche importanti differenze. Il fatto è che un wormhole intraworld, se esiste, tende a trasformarsi in una macchina del tempo. In realtà, è proprio sullo sfondo di questo presupposto che è sorto l’ultimo aumento di interesse per i wormhole.

Rappresentazione artistica di un wormhole

©depositphotos.com

Nel caso di un wormhole intraworld, ce ne sono due diversi modi guarda il tuo vicino: direttamente attraverso il tunnel o in modo indiretto. Se inizi a spostare una bocca del wormhole rispetto all'altra, allora, secondo il noto paradosso dei gemelli, la seconda persona, di ritorno da un viaggio, risulterà più giovane della restante. D'altra parte, quando guardate attraverso il tunnel, dal vostro punto di vista siete entrambi seduti in laboratori immobili, non vi succede nulla, i vostri orologi sono sincronizzati. Hai quindi la possibilità teorica di tuffarti in questo tunnel e di emergere in un momento che, dal punto di vista di un osservatore esterno, precede il momento in cui ti sei tuffato. Un ritardo portato al grado appropriato darà origine alla possibilità di un tale viaggio circolare attraverso lo spazio-tempo, quando ritornerai al tuo luogo di partenza originale e stringerai la mano alla tua precedente incarnazione.

Il paradosso dei gemelli è un esperimento mentale che tenta di “dimostrare” l’incoerenza della teoria della relatività ristretta. Secondo STR, dal punto di vista degli osservatori “stazionari”, tutti i processi negli oggetti in movimento rallentano. D'altra parte, il principio di relatività dichiara l'uguaglianza sistemi inerziali conto alla rovescia. Sulla base di ciò si costruisce un ragionamento che porta ad un’apparente contraddizione. Per chiarezza, viene considerata la storia di due fratelli gemelli. Uno di loro (il viaggiatore) parte per un volo spaziale e il secondo (il casalingo) rimane sulla Terra. Molto spesso, il “paradosso” è formulato come segue:

Dal punto di vista del teledipendente, l'orologio del viaggiatore in movimento è al rallentatore, quindi quando ritorna, deve restare indietro rispetto all'orologio del teledipendente. D’altra parte, la Terra si muoveva rispetto al viaggiatore, quindi l’orologio del teledipendente deve restare indietro. I fratelli, infatti, hanno pari diritti, quindi, al ritorno, i loro orologi dovrebbero indicare la stessa ora. Tuttavia, secondo SRT, l'orologio del viaggiatore resterà indietro. In questa violazione dell'apparente simmetria dei fratelli si vede una contraddizione.

- Qual è la differenza fondamentale tra un wormhole e un buco nero?

Prima di tutto, va detto che esistono due tipi di buchi neri: quelli che si sono formati a seguito del collasso delle stelle e quelli che esistevano inizialmente, sono sorti insieme all'emergere dell'Universo stesso. Questi sono due tipi fondamentalmente diversi di buchi neri. Un tempo esisteva il concetto di "buco bianco", ma ora è usato raramente. Un buco bianco è lo stesso buco nero, ma che si evolve all'indietro nel tempo. La materia vola semplicemente in un buco nero, ma non potrà mai scappare da lì. Al contrario, la materia vola solo fuori dal buco bianco, ma non è in alcun modo possibile entrarvi. In effetti, questa è una cosa molto naturale se ricordiamo che la Teoria della Relatività Generale è simmetrica nel tempo, il che significa che se ci sono buchi neri, devono esistere anche quelli bianchi. La loro totalità rappresenta un wormhole.

Un buco nero immaginato da un artista

©VICTOR HABBICK VISIONS/SPL/Getty

- Cosa si sa della struttura interna dei wormhole?

Finora i modelli in questo senso vengono solo costruiti. Da un lato sappiamo che l’aspetto di questa materia esotica potrebbe essere stato scoperto anche sperimentalmente, ma rimangono ancora molte domande. L'unico modello di wormhole a me noto che è più o meno coerente con la realtà è il modello di un wormhole inizialmente evaporante (dall'origine dell'Universo). A causa di questa evaporazione, un tale foro rimane percorribile per lungo tempo.

- A cosa stai lavorando esattamente?

Studio in modo pulito attività teorica, quella che in generale può essere chiamata la struttura causale dello spazio-tempo è la Teoria della Relatività classica, talvolta semiclassica (la teoria quantistica, come è noto, non esiste ancora).

Nella teoria classica non relativistica si possono trovare prove abbastanza convincenti che il viaggio nel tempo non può esistere, ma nella relatività generale non esiste tale prova. Ed Einstein, quando stava appena sviluppando la sua teoria, se ne rese conto. Si chiese se ci fosse un modo per escludere questa possibilità. Quindi non è riuscito a far fronte a questo compito, come ha detto in seguito lui stesso. E sebbene Einstein abbia creato un linguaggio per studiare questa domanda, il compito è rimasto accademico. Ci fu un aumento di interesse verso la fine degli anni Quaranta, quando Gödel propose un modello cosmologico contenente tali curve chiuse. Ma poiché Gödel proponeva sempre qualcosa di esotico, fu trattato con interesse, ma senza gravi conseguenze scientifiche. E poi, da qualche parte alla fine del secolo scorso, grazie principalmente alla fantascienza - ad esempio il film "Contact" con Jodie Foster - l'interesse per il tema dei viaggi nel tempo utilizzando i wormhole è stato nuovamente ripreso. L'autore del romanzo su cui è scritta la sceneggiatura del film è il famosissimo astronomo e divulgatore scientifico Carl Sagan. Prese la questione molto sul serio e chiese al suo amico, anche lui molto famoso relativista, Kip Thorne, di vedere se tutto quanto descritto nel film fosse possibile da un punto di vista scientifico. E pubblicò un articolo semi-popolare in una rivista per insegnanti di fisica americani, "Wormholes as a Tool for Studying the General Theory of Relativity", dove considerava la possibilità di viaggiare nel tempo attraverso i wormhole. E devo dire che a quel tempo l’idea di viaggiare attraverso i buchi neri era popolare nella fantascienza. Ma ha capito che un buco nero è un oggetto assolutamente impraticabile: viaggiare attraverso di essi è impossibile, quindi ha considerato i wormhole come una possibilità di viaggiare nel tempo. Anche se questo era già noto, per qualche motivo la gente ha percepito le sue conclusioni come un'idea completamente nuova e si è affrettata a indagare su di essa. Inoltre, l'accento era posto sul presupposto che la macchina del tempo non potesse esistere, ma si decise di scoprirne il motivo. E abbastanza rapidamente si capì che non c'erano obiezioni evidenti all'esistenza di una macchina del genere. Da allora, è iniziata la ricerca su larga scala e le teorie hanno cominciato ad emergere. In generale, lo faccio da allora.

Contact è un film di fantascienza del 1997. Regia: Robert Zemeckis. Trama principale: Ellie Arroway (Judy Foster) ha dedicato tutta la sua vita alla scienza, partecipa a un progetto per la ricerca dell'intelligenza extraterrestre. Tutti i tentativi di ricerca di segnali extraterrestri sono infruttuosi e il futuro del suo progetto è in pericolo. Ellie dispera di trovare sostegno, ma riceve inaspettatamente aiuto dall'eccentrico miliardario Hadden. Ed ecco il risultato: Ellie capta il segnale. La decodifica del segnale mostra che contiene la descrizione di un dispositivo tecnico. Il suo scopo non è chiaro, ma all'interno c'è spazio per una persona.

Dopo aver creato e lanciato il dispositivo, Ellie intraprende un viaggio attraverso il sistema wormhole e viene trasportata, probabilmente su un pianeta in un altro sistema stellare. Svegliandosi lì, in riva al mare, incontra un rappresentante di un'altra civiltà, che ha scelto l'immagine del suo defunto padre. Guardandosi intorno, l'eroina si rende conto che quest'area è stata ricreata nella sua mente da un'intelligenza aliena secondo l'immagine di un disegno che aveva disegnato da bambina. L'alieno le dice che il dispositivo consente di organizzare un sistema di vie di comunicazione interstellari e che d'ora in poi la Terra diventerà un membro della comunità delle civiltà dell'Universo.

Ellie ritorna sulla Terra. Dal punto di vista degli osservatori esterni, non le è successo nulla dopo il lancio dell'installazione e il suo corpo non ha lasciato il nostro pianeta. Ellie si ritrova in una situazione paradossale. Essendo una scienziata, dal punto di vista della scienza rigorosa, non può confermare in alcun modo le sue parole. Diventa chiara anche un'altra circostanza: la videocamera attaccata a Ellie durante il viaggio non ha registrato nulla, ma la durata della registrazione a vuoto non è stata di pochi secondi, ma di 18 ore...

- È possibile “creare” un wormhole?

C'è un risultato scientifico rigoroso a riguardo. Ciò è dovuto al fatto che non ci sono risultati esatti sullo studio dei fori delle talpe. C'è un teorema che è stato dimostrato molto tempo fa, e dice questo. Esiste una cosa chiamata iperbolicità globale. In questo caso, non importa cosa significhi, ma il punto è che per ora e poiché lo spazio è globalmente iperbolico, è impossibile creare un wormhole: può esistere in natura, ma non sarai in grado per farlo da solo. Se riesci a interrompere l’iperbolicità globale, forse sarai in grado di creare un wormhole. Ma il fatto è che questa violazione in sé è una cosa così esotica, così scarsamente studiata e scarsamente compresa, che il sottoprodotto sotto forma di nascita di un wormhole è già una cosa relativamente minore rispetto al fatto stesso che tu sia riuscito a farlo. violare l’iperbolicità globale. C’è una cosa molto famosa in atto qui chiamata il “principio della rigorosa censura cosmica”, secondo cui lo spazio è sempre globalmente iperbolico. Ma questo, in linea di principio, non è altro che un desiderio. Non ci sono prove della correttezza di questo principio, c'è semplicemente una certa fiducia interna insita in molte persone che lo spazio-tempo debba essere globalmente iperbolico. Se è così, è impossibile creare un wormhole: devi cercarne uno esistente. Nel frattempo, forti dubbi sulla correttezza del principio di censura cosmica furono espressi dallo stesso autore, Roger Penrose, ma questa è un'altra storia.

- Quindi, creare un wormhole richiede un notevole dispendio energetico?

È molto difficile dire qualcosa qui. Il problema è che quando la tua iperbolicità globale viene violata, viene violata anche la prevedibilità: questa è praticamente la stessa cosa. Puoi in qualche modo cambiare geometricamente lo spazio vicino a te, ad esempio, prendere una borsa e metterla in un altro posto. Ma ci sono alcuni limiti entro i quali è possibile farlo, in particolare quello imposto dalla prevedibilità. Ad esempio, a volte puoi prevedere cosa accadrà in 2 secondi, a volte no. La linea di ciò che si può o non si può prevedere sta proprio nell’iperbolicità globale. Se il tuo spazio-tempo è globalmente iperbolico, puoi prevederne l’evoluzione. Se assumiamo che a un certo punto violi l’iperbolicità globale, tutto diventa molto brutto con prevedibilità. Pertanto, ad esempio, accade una cosa sorprendente che proprio qui e ora può materializzarsi un wormhole, attraverso il quale salterà fuori un leone. Sarà un fenomeno esotico, ma non violerà alcuna legge della fisica. D'altra parte, puoi spendere molti sforzi, denaro e risorse per facilitare in qualche modo questo processo. Ma il risultato sarà sempre lo stesso: in entrambi i casi non si sa se apparirà o meno un wormhole. Nella fisica classica non possiamo fare nulla al riguardo: se vuole, sorgerà, se non vuole, non sorgerà. La scienza quantistica non ci fornisce ancora alcun indizio su questo tema;

Il principio della “censura cosmica” è stato formulato nel 1969 da Roger Penrose nella seguente forma figurata: “La natura detesta la nuda singolarità”. Afferma che le singolarità dello spazio-tempo appaiono in luoghi che, come l’interno dei buchi neri, sono nascosti agli osservatori. Questo principio non è stato ancora dimostrato e ci sono ragioni per dubitare della sua assoluta correttezza (ad esempio, il collasso di una nuvola di polvere con un elevato momento angolare porta a una "singolarità nuda", ma non è noto se questa soluzione delle equazioni di Einstein sia stabile rispetto a piccole perturbazioni dei dati iniziali).

La formulazione di Penrose (una forte forma di censura cosmica) presuppone che lo spaziotempo nel suo insieme sia globalmente iperbolico.

Successivamente, Stephen Hawking ha proposto una formulazione diversa (una forma debole di censura cosmica), che presuppone solo l’iperbolicità globale della componente “futura” dello spazio-tempo.

Gravità [Dalle sfere di cristallo ai wormhole] Petrov Alexander Nikolaevich

wormhole

wormhole

La talpa ha recentemente scavato una nuova lunga galleria sotterranea da casa sua fino alla porta del topo di campagna e ha permesso al topo e alla ragazza di camminare lungo questa galleria quanto volevano.

Hans Christian Andersen "Mignolina"

L'idea dei wormhole viene da Albert Einstein e Nathan Rosen (1909–1995). Nel 1935, dimostrarono che la relatività generale consente i cosiddetti “ponti” – passaggi nello spazio attraverso i quali è possibile passare da una parte dello spazio a un’altra, o da un universo all’altro, molto più velocemente del solito. Ma il “ponte” di Einstein-Rosen è un oggetto dinamico; dopo che un osservatore vi entra, le uscite vengono compresse.

È possibile prevenire la compressione? Si scopre che è possibile. Per fare ciò, è necessario riempire lo spazio del “ponte” con una sostanza speciale che impedisce la compressione. Tali "ponti" sono chiamati wormhole, in inglese - wormhole(wormhole).

Speciale sostanza del wormhole e ordinario differiscono in quanto “spingono” lo spazio-tempo in modi diversi. Nel caso della materia ordinaria, la sua curvatura (positiva) ricorda parte della superficie di una sfera, mentre nel caso della materia speciale, la sua curvatura (negativa) corrisponde alla forma della superficie della sella. Nella fig. 8.6 mostra schematicamente spazi bidimensionali di curvatura negativa, zero (piatta) e positiva. Pertanto, per deformare lo spazio-tempo, che non permetterà al wormhole di restringersi, è necessaria della materia esotica che crei repulsione. Le leggi della fisica classica (non quantistica) escludono tali stati della materia, ma le leggi quantistiche, che sono più flessibili, li consentono. La materia esotica impedisce la formazione dell'orizzonte degli eventi. E l'assenza di un orizzonte significa che non solo puoi cadere in un wormhole, ma anche tornare. L'assenza di un orizzonte degli eventi significa anche che un viaggiatore che ama i wormhole è sempre accessibile ai telescopi degli osservatori esterni e può mantenere il contatto radio con lui.

Riso. 8.6. Superfici bidimensionali di diversa curvatura

Se immaginiamo come si formano i buchi neri, allora non è del tutto chiaro come vengono creati i wormhole nell'era moderna e se vengono creati. D'altra parte, oggi c'è un'opinione quasi generalmente accettata che fase iniziale Durante lo sviluppo dell'Universo, c'erano molti wormhole. Si presume che prima dell'inizio del Big Bang (di cui parleremo nel prossimo capitolo), prima dell'espansione, l'Universo fosse una schiuma spazio-temporale con grandissime fluttuazioni di curvatura, mescolata ad un campo scalare. Le celle di schiuma erano collegate tra loro. E dopo il Big Bang, queste cellule potrebbero rimanere collegate, il che nella nostra epoca potrebbe essere un wormhole. Questo tipo di modello fu discusso nelle pubblicazioni di Wheeler a metà degli anni '50.

Riso. 8.7, Wormhole in un universo chiuso

Esiste quindi la possibilità fondamentale di entrare in un wormhole e di uscire in un altro punto dell'Universo o in un altro Universo (Fig. 8.7). Se, con l'aiuto di un telescopio sufficientemente potente, guardi attraverso il collo all'interno del wormhole, puoi vedere la luce di un lontano passato e conoscere eventi accaduti diversi miliardi di anni fa. In effetti, il segnale proveniente dal sito di osservazione potrebbe vagare per l'Universo per molto tempo, quindi rovescio entra nel wormhole ed esci al punto di osservazione. E se i wormhole sono effettivamente sorti contemporaneamente alla nascita dell'Universo, allora in un tunnel del genere puoi vedere il passato più lontano.

È dalla prospettiva dei viaggi nel tempo che due famosi scienziati, riconosciuti esperti nello studio dei buchi neri, Kip Thorne della California Istituto di Tecnologia e Igor Novikov del Centro Astrospaziale dell'Istituto Fisico Lebedev all'inizio degli anni '80 pubblicarono una serie di articoli in difesa della possibilità fondamentale di creare una macchina del tempo.

Tuttavia, se ricordi i romanzi di fantascienza su questo argomento, ognuno afferma che è probabile che il viaggio nel tempo sia distruttivo. In una teoria seria, risulta che nessuna azione distruttiva è possibile con l'aiuto della macchina del tempo di Thorne e Novikov. Le relazioni di causa-effetto non vengono interrotte, tutti gli eventi si verificano in modo tale da non poter essere modificati: sorgerà sicuramente un ostacolo che impedirà al viaggiatore del tempo di uccidere la "farfalla di Bradbury".

L'ingresso in un wormhole può essere il massimo misure differenti, non ci sono restrizioni: dalle scale cosmiche alle dimensioni letteralmente dei granelli di sabbia. Poiché un wormhole è una sorta di parente di un buco nero, non ha senso cercare dimensioni aggiuntive nella sua struttura. Se si tratta di uno spostamento da qualche parte, allora nel linguaggio della geometria si tratta di una topologia complessa. Facciamo una domanda. Come rilevare un wormhole? Ricordiamo ancora che questo è un parente del buco nero, quindi vicino allo spazio-tempo dovrebbe essere fortemente curvo. Le manifestazioni (osservabili e non osservabili) di tale curvatura sono state discusse sopra. Tuttavia, sono possibili modelli di wormhole per i quali non esiste alcuna curvatura circostante. Avvicinandosi a un simile "buco", l'osservatore non sperimenterà nulla, ma inciampandovi cadrà come da un dirupo. Ma tali modelli sono i meno preferibili; sorgono varie contraddizioni e tensioni.

Recentemente, un gruppo dei nostri scienziati - Nikolai Kardashev, Igor Novikov e Alexander Shatsky - è giunto alla conclusione che le proprietà della materia esotica che supporta il wormhole sono molto simili alle proprietà dei campi magnetici o elettrici. Come risultato della ricerca, si è scoperto che l'ingresso al tunnel sarà molto simile a un monopolo magnetico, cioè un magnete con un polo. Nel caso dei wormhole, non esiste un vero monopolo: un collo del wormhole ha un campo magnetico di un segno e l'altro ha un segno diverso, solo il secondo collo può trovarsi in un universo diverso. In un modo o nell'altro, i monopoli magnetici non sono ancora stati scoperti nello spazio, sebbene la loro ricerca sia in corso. Ma in realtà stanno cercando particelle elementari con questa proprietà. Nel caso dei wormhole, è necessario cercare grandi monopoli magnetici.

Uno dei compiti dell'osservatorio internazionale RadioAstron, recentemente lanciato, è quello di cercare tali monopoli. Questo è ciò che dice il project manager Nikolai Kardashev in una delle sue interviste:

“Con questi osservatori guarderemo all’interno dei buchi neri e controlleremo se si tratta di wormhole. Se si scopre che vedremo solo nuvole di gas che volano e osserveremo vari effetti associati alla gravità di un buco nero, ad esempio la flessione della traiettoria della luce, allora sarà un buco nero. Se vediamo le onde radio provenienti dall'interno, sarà chiaro che questo non è un buco nero, ma un wormhole. Costruiamo un'immagine campo magnetico dall'effetto Faraday. Finora la risoluzione dei telescopi terrestri non è stata sufficiente a questo scopo. E se si scopre che il campo magnetico corrisponde a un monopolo, allora questo è quasi certamente un wormhole. Ma prima devi vedere.

...Per prima cosa intendiamo studiare i buchi neri supermassicci al centro delle nostre galassie e di quelle vicine. Per il nostro si tratta di un oggetto molto compatto con una massa di 3 milioni di masse solari. Pensiamo che sia un buco nero, ma potrebbe anche essere un wormhole. Ci sono oggetti ancora più grandiosi. In particolare, al centro della galassia massiccia più vicina, M 87, nella costellazione della Vergine, si trova un buco nero con una massa di 3 miliardi di soli. Questi oggetti sono tra i più importanti per la ricerca radioastronomica. Ma non solo loro. Ci sono, ad esempio, alcune pulsar che potrebbero essere due ingressi allo stesso wormhole. E il terzo tipo di oggetti sono esplosioni di radiazioni gamma; al loro posto appare anche il bagliore ottico e radio a breve termine. Le osserviamo di tanto in tanto anche a distanze molto grandi, come per le galassie visibili più lontane. Sono molto potenti e non comprendiamo ancora appieno cosa siano. In generale, ora è stato preparato un catalogo di migliaia di oggetti da osservare”.

Un wormhole o wormhole è un'ipotetica caratteristica topologica dello spazio-tempo che rappresenta un “tunnel” nello spazio in un dato momento (tunnel spazio-temporale). Pertanto, il wormhole ti consente di muoverti nello spazio e nel tempo. Le aree collegate da un wormhole possono essere aree di un unico spazio o essere completamente disconnesse. Nel secondo caso, il wormhole è l’unico collegamento tra le due aree. Il primo tipo di wormhole è spesso chiamato “intraworld” e il secondo tipo “interworldly”.

Come è noto, la Teoria della Relatività Generale vieta il movimento nell'Universo a velocità superiori a quella della luce. D'altro canto, la relatività generale ammette l'esistenza di tunnel spazio-temporali, ma è necessario che il tunnel sia riempito di materia esotica con densità di energia negativa, che crea una forte repulsione gravitazionale e impedisce il collasso del tunnel.

Tali particelle di materia esotica molto spesso includono tachioni. I tachioni sono ipotetiche particelle che viaggiano più velocemente della velocità della luce. Affinché tali particelle non violino la relatività generale, si presume che la massa dei tachioni sia negativa.

Attualmente non esistono prove sperimentali affidabili dell'esistenza dei tachioni negli esperimenti di laboratorio o nelle osservazioni astronomiche. I fisici possono vantarsi solo di una massa "pseudo-negativa" di elettroni e atomi, che ottengono con un'alta densità di campi elettrici e una polarizzazione speciale raggi laser o temperature ultra-basse. In quest’ultimo caso, gli esperimenti sono stati condotti con un condensato di Bose-Einstein, uno stato aggregato della materia basato su bosoni raffreddati a temperature prossime a zero Assoluto(meno di un milionesimo di Kelvin). In uno stato così bello, è abbastanza gran numero gli atomi si ritrovano nei loro stati quantistici minimi possibili e gli effetti quantistici iniziano a manifestarsi a livello macroscopico. Il Premio Nobel per la Fisica è stato assegnato nel 2001 per la produzione del condensato di Bose-Einstein.

Tuttavia, diversi esperti suggeriscono che i tachioni potrebbero esserlo. Queste particelle elementari hanno una massa diversa da zero, come dimostrato dalla rilevazione delle oscillazioni dei neutrini. L'ultima scoperta è stata addirittura premiata premio Nobel in fisica per il 2015. Dall'altro lato valore esatto Le masse dei neutrini non sono ancora state determinate. Numerosi esperimenti che misurano la velocità dei neutrini hanno dimostrato che la loro velocità può leggermente superare quella della luce. Questi dati sono costantemente messi in discussione, ma nel 2014 sono stati pubblicati nuovo lavoro in questa occasione.

Teoria delle stringhe

Parallelamente, alcuni teorici suggeriscono che formazioni speciali (stringhe cosmiche) con massa negativa potrebbero essersi formate nell'Universo primordiale. La lunghezza delle stringhe cosmiche reliquie può raggiungere almeno diverse decine di parsec con uno spessore inferiore al diametro di un atomo con una densità media di 10 22 grammi per cm 3. Esistono diversi studi secondo cui formazioni simili sono state osservate in eventi di lente gravitazionale della luce proveniente da quasar distanti. In generale, è attualmente il candidato più probabile per una “teoria del tutto” o una teoria del campo unificata che combini la teoria della relatività e la teoria quantistica dei campi. Secondo esso, tutte le particelle elementari sono fili oscillanti di energia lunghi circa 10 -33 metri, che è paragonabile alla dimensione minima possibile di un oggetto nell'Universo.

La teoria dei campi unificati suggerisce che nelle dimensioni spazio-temporali ci sono celle con una lunghezza e un tempo minimi. La lunghezza minima dovrebbe essere pari alla lunghezza di Planck (circa 1,6·10−35 metri).

Allo stesso tempo, le osservazioni di lampi di raggi gamma distanti indicano che se esiste la granularità dello spazio, la dimensione di questi grani non è superiore a 10 −48 metri. Inoltre, non ha potuto confermare alcune conseguenze della teoria delle stringhe, che sono diventate un argomento serio a sostegno dell'errore di questa teoria fondamentale della fisica moderna.

Di potenziale grande importanza per la creazione di una teoria del campo unificata e di tunnel spazio-temporali è la scoperta nel 2014 di una connessione teorica tra entanglement quantistico e wormhole. Un nuovo lavoro teorico ha dimostrato che la creazione di un tunnel spazio-temporale è possibile non solo tra due buchi neri massicci, ma anche tra due quark quantistici entangled.

L'entanglement quantistico è un fenomeno della meccanica quantistica in cui gli stati quantistici di due o più oggetti diventano interdipendenti. Questa interdipendenza persiste anche se questi oggetti sono separati nello spazio al di là di qualsiasi interazione conosciuta. Misurare il parametro di una particella porta alla cessazione istantanea (al di sopra della velocità della luce) dello stato entangled dell'altra, che è in contraddizione logica con il principio di località (in questo caso, la teoria della relatività non viene violata e l'informazione non viene trasmesso).

Kristan Jensen dell'Università di Victoria (Canada) e Andreas Karch dell'Università di Washington (USA) hanno descritto una coppia quantistica entangled composta da un quark e un antiquark che si allontanano l'uno dall'altro a velocità prossime alla luce, rendendo impossibile la trasmissione segnali dall'uno all'altro. I ricercatori ritengono che lo spazio tridimensionale in cui si muovono i quark sia un ipotetico aspetto del mondo quadridimensionale. Nello spazio 3D, le particelle quantistiche entangled sono collegate da una sorta di “stringa”. E nello spazio 4D questa “stringa” diventa un wormhole.

Julian Sonner del Massachusetts Institute of Technology (USA) ha presentato una coppia quark-antiquark quantistica nata in un forte campo elettrico, che separa le particelle di carica opposta, facendole accelerare in direzioni diverse. Sonner concluse anche che le particelle quantistiche impigliate nello spazio tridimensionale sarebbero collegate da un wormhole nello spazio quadridimensionale. Quando effettuavano i calcoli, i fisici utilizzavano il cosiddetto principio olografico, il concetto secondo il quale tutta la fisica del mondo n-dimensionale si riflette completamente sui suoi "bordi" con il numero di dimensioni (n-1). Con questa “proiezione”, la teoria quantistica che tiene conto degli effetti della gravità in quattro dimensioni equivale alla teoria quantistica “senza gravità” in tre dimensioni. In altre parole, i buchi neri nello spazio 4D e il wormhole tra di loro sono matematicamente equivalenti alla loro proiezione olografica 3D.

Prospettive per l'astronomia delle onde gravitazionali e dei neutrini

L'astronomia delle onde gravitazionali e dei neutrini ha le maggiori prospettive nello studio delle proprietà della materia al livello più microscopico e ad alta energia per una migliore comprensione della gravità quantistica, poiché studia le onde e le particelle con il massimo potere di penetrazione. Quindi, se la radiazione a microonde relitto dell'Universo si è formata 380 mila anni dopo, allora i neutrini relitto nei primi secondi e le onde gravitazionali reliquie in soli 10 -32 secondi! Inoltre, la registrazione di tali radiazioni e particelle provenienti da buchi neri o eventi catastrofici (fusioni e collassi di stelle massicce) è una grande promessa.

D'altra parte, si stanno sviluppando attivamente gli osservatori astrometrici tradizionali, che ora coprono l'intero spettro elettromagnetico. Tali osservatori possono rilevare oggetti o fenomeni inaspettati nell’Universo primordiale (le prime nubi interstellari,

Viaggiare nello spazio e nel tempo è possibile non solo nei film e nei libri di fantascienza, basta un po' di più e può diventare realtà. Molti specialisti noti e rispettati stanno lavorando allo studio di fenomeni come i wormhole e i tunnel spazio-temporali.

Un wormhole, come definito dal fisico Eric Davis, è una sorta di tunnel cosmico, chiamato anche gola, che collega due regioni distanti nell'Universo o due Universi diversi - se esistono altri Universi - o due periodi di tempo diversi, o dimensioni spaziali diverse. . Nonostante la loro esistenza non sia stata dimostrata, gli scienziati stanno prendendo seriamente in considerazione tutti i modi possibili per utilizzare i wormhole attraversabili, purché esistano, per coprire distanze alla velocità della luce e persino viaggiare nel tempo.

Prima di utilizzare i wormhole, gli scienziati devono trovarli. Oggi purtroppo non è stata scoperta alcuna prova dell’esistenza dei wormhole. Ma se esistono, la loro localizzazione potrebbe non essere così difficile come sembra a prima vista.

Cosa sono i wormhole?

Oggi esistono diverse teorie sull’origine dei wormhole. Il matematico Ludwig Flamm, che utilizzò le equazioni della relatività di Albert Einstein, fu il primo a coniare il termine "wormhole", descrivendo il processo in cui la gravità può piegare lo spazio-tempo correlato al tessuto della realtà fisica, determinando la formazione di un tunnel spazio-temporale. .

Ali Evgun, dell’Università del Mediterraneo orientale a Cipro, suggerisce che i wormhole si formano in aree di denso accumulo di materia oscura. Secondo questa teoria potrebbero esistere dei wormhole aree esterne via Lattea, dove c'è materia oscura e all'interno di altre galassie. Matematicamente, è riuscito a dimostrare che c'è tutto le condizioni necessarie per confermare questa teoria.

"In futuro sarà possibile osservare indirettamente esperimenti simili, come mostrato nel film Interstellar", ha detto Ali Evgun.

Thorne e un certo numero di altri scienziati conclusero che anche se qualche wormhole si fosse formato a causa dei fattori necessari, molto probabilmente collasserebbe prima che qualsiasi oggetto o persona lo attraversasse. Per mantenere il wormhole aperto abbastanza a lungo sarebbe necessario un gran numero di la cosiddetta “materia esotica”. Una forma di “materia esotica” naturale è l’energia oscura, e Davis spiega la sua azione in questo modo: “la pressione al di sotto della pressione atmosferica crea una forza gravitazionale-repulsiva, che a sua volta spinge l’interno del nostro Universo verso l’esterno, producendo l’espansione inflazionistica del pianeta. Universo."

Materiale esotico come la materia oscura è cinque volte più abbondante nell'Universo della materia ordinaria. Fino ad ora, gli scienziati non sono stati in grado di rilevare ammassi di materia oscura o energia oscura, quindi molte delle loro proprietà sono sconosciute. Lo studio delle loro proprietà avviene attraverso lo studio dello spazio che li circonda.

Attraverso un wormhole nel tempo: realtà?

L’idea del viaggio nel tempo è piuttosto popolare non solo tra i ricercatori. La teoria dei wormhole si basa sul viaggio di Alice attraverso lo specchio nel romanzo omonimo di Lewis Carroll. Cos'è un tunnel spazio-temporale? La regione dello spazio all'estremità del tunnel dovrebbe risaltare rispetto all'area intorno all'ingresso a causa di distorsioni simili ai riflessi negli specchi curvi. Un altro segno potrebbe essere il movimento concentrato della luce diretta attraverso il tunnel del wormhole dalle correnti d'aria. Davis chiama il fenomeno all'estremità anteriore del wormhole "effetto arcobaleno caustico". Tali effetti possono essere visibili a distanza. "Gli astronomi intendono utilizzare i telescopi per dare la caccia a questi fenomeni arcobaleno, alla ricerca di un wormhole attraversabile naturale o addirittura creato in modo innaturale", ha detto Davis. "Non ho mai sentito che il progetto sia effettivamente decollato."

Come parte della sua ricerca sui wormhole, Thorne teorizzò che un wormhole potesse essere usato come una macchina del tempo. Gli esperimenti mentali che coinvolgono i viaggi nel tempo spesso incontrano paradossi. Forse il più famoso di questi è il paradosso del nonno: se un ricercatore torna indietro nel tempo e uccide suo nonno, allora questa persona non potrà nascere e quindi non tornerà mai indietro nel tempo. Anche se si può presumere che non ci sia un modo per tornare indietro nel tempo, Davis ha affermato che il lavoro di Thorne ha aperto nuove possibilità da esplorare per gli scienziati.

Phantom Link: Wormhole e il regno quantico

"L'intera industria artigianale della fisica teorica è nata da teorie che hanno portato allo sviluppo di altre tecniche spazio-temporali che producono le cause descritte dei paradossi della macchina del tempo", ha detto Davis. Nonostante tutto, la possibilità di utilizzare un wormhole per viaggiare nel tempo attira sia gli appassionati di fantascienza sia coloro che vogliono cambiare il proprio passato. Davis crede, sulla base di teorie moderne che per creare una macchina del tempo da un wormhole, i flussi ad una o entrambe le estremità del tunnel dovrebbero essere accelerati a velocità prossime a quella della luce.

"Sulla base di ciò, sarebbe estremamente difficile costruire una macchina del tempo basata su un wormhole", ha detto Davis. "In confronto, sarebbe molto più semplice utilizzare i wormhole per i viaggi interstellari nello spazio."

Altri fisici hanno suggerito che il viaggio nel tempo attraverso un wormhole potrebbe causare un massiccio accumulo di energia che distruggerebbe il tunnel prima che possa essere utilizzato come macchina del tempo, un processo noto come gioco quantistico. Tuttavia, sognare il potenziale dei wormhole è ancora divertente: "Pensa a tutte le possibilità che le persone avrebbero se scoprissero un modo per fare ciò che potrebbero fare se potessero viaggiare nel tempo?", Ha detto Davis. "Le loro avventure sarebbero a dir poco molto interessanti."

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Un wormhole è un passaggio teorico attraverso lo spazio-tempo che potrebbe abbreviare significativamente i lunghi viaggi attraverso l’universo creando scorciatoie tra le destinazioni. L'esistenza dei wormhole è prevista dalla teoria della relatività. Ma oltre alla comodità, possono comportare anche pericoli estremi: il pericolo di collasso improvviso, elevate radiazioni e contatti pericolosi con materia esotica.

La teoria dei wormhole, o “wormholes”

Nel 1935, i fisici Albert Einstein e Nathan Rosen utilizzarono la teoria della relatività per proporre l’esistenza di “ponti” nello spazio-tempo. Questi percorsi, chiamati ponti di Einstein-Rosen o wormhole, collegano due diversi punti nello spazio-tempo, creando teoricamente corridoi più brevi che riducono la distanza e il tempo di viaggio.

I wormhole hanno, per così dire, due bocche collegate da un collo comune. Le bocche hanno molto probabilmente una forma sferica. Il collo può essere un tratto dritto, ma può anche arricciarsi, diventando più lungo quanto più lungo è il percorso regolare.

La teoria della relatività generale di Einstein prevede matematicamente l'esistenza dei wormhole, ma finora non ne è stato scoperto nessuno. Un wormhole di massa negativa può essere tracciato a causa dell'effetto della sua gravità sulla luce che passa.

Alcune soluzioni della teoria della relatività generale consentono l'esistenza di “wormhole”, ciascuna entrata (bocca) dei quali è un buco nero. Tuttavia, i buchi neri naturali si formano attraverso il collasso stella morente, non creano essi stessi un wormhole.

Attraverso il wormhole

La fantascienza è piena di storie di viaggi attraverso i wormhole. Ma in realtà, questo viaggio è molto più complesso, e non solo perché dobbiamo prima scoprire un simile wormhole.

Il primo problema è la dimensione. Si ritiene che i wormhole delle reliquie esistano a livello microscopico, con un diametro di circa 10-33 centimetri. Tuttavia, man mano che l'Universo si espande, è possibile che alcuni di essi siano cresciuti fino a raggiungere grandi dimensioni.

Un altro problema nasce dalla stabilità. Più precisamente, per la sua assenza. I wormhole previsti da Einstein-Rosen sarebbero inutili per i viaggi perché collassano troppo rapidamente. Ma ricerche più recenti hanno dimostrato che i wormhole contenenti “materia esotica” possono rimanere aperti e immutati per periodi di tempo più lunghi.

La materia esotica, che non deve essere confusa con la materia oscura o l'antimateria, ha una densità negativa e un'enorme pressione negativa. Tale materia può essere rilevata solo nel comportamento di alcuni stati del vuoto nel quadro della teoria quantistica dei campi.

Se i wormhole contenessero abbastanza materia esotica, presente in natura o aggiunta artificialmente, allora potrebbero teoricamente essere usati come un modo per trasmettere informazioni o come un corridoio attraverso lo spazio.

Non solo i wormhole possono connettere due estremità diverse dello stesso universo, ma potrebbero anche connettere due universi diversi. Inoltre, alcuni scienziati hanno suggerito che se l'ingresso di un wormhole si muovesse in un certo modo, potrebbe essere utile viaggio nel tempo . Tuttavia, i loro oppositori, come il cosmologo britannico Stephen Hawking, sostengono che tale utilizzo non è possibile.

Sebbene l'aggiunta di materia esotica a un wormhole possa stabilizzarlo al punto che la specie umana possa attraversarlo in sicurezza, esiste ancora la possibilità che l'aggiunta di materia "normale" sia sufficiente per destabilizzare il portale.

La tecnologia attuale non è sufficiente per allargare o stabilizzare i wormhole, anche se verranno scoperti nel prossimo futuro. Tuttavia, gli scienziati continuano a esplorare questo concetto come metodo di viaggio spaziale con la speranza che la tecnologia prima o poi emerga e siano in grado di utilizzare i wormhole.

Basato su materiali di Space.com

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