"Solucan deliği" ile "Yıldızlararası" filminden fotoğraflar (2014)

Uzay epik filmi Yıldızlararası (Ekim 2014'te vizyona giren bir bilim kurgu filminden bahsediyoruz), insanlığı kurtarmak için seçenekler ararken gizemli bir tünelle temsil edilen "yaşam yolunu" keşfeden astronotları anlatıyor.

Bu geçiş açıklanamaz bir şekilde Satürn'ün yakınında görünür ve uzay-zamanda bir kişiyi uzak bir galaksiye götürür, böylece canlıların yaşadığı gezegenleri bulma şansı sağlar. İnsanlar için ikinci bir ev olabilecek gezegenler.

Bilim adamları tarafından "solucan deliği" veya "solucan deliği" olarak adlandırılan bir sinema tünelinin varlığına ilişkin hipotezden önce, ilk astrofizikçilerden biri ve Kaliforniya'da eski bir profesör tarafından önerilen gerçek bir fiziksel teori vardı. Teknoloji Enstitüsü Kip Thorne.

Kip Thorne ayrıca astronom, astrofizikçi, bilimi yaygınlaştıran ve dünya dışı zekayı araştırma projesini başlatanlardan biri olan Carl Sagan'ın "Contact" adlı romanı için bir solucan deliği modeli yaratmasına yardımcı oldu. Filmdeki görsel imgelerin inandırıcılığı uzay bilimcileri için o kadar açık ki, astrofizikçiler bunların dünya sinemasında var olan solucan delikleri ve kara deliklerin belki de en doğru görüntüleri olduğunu kabul ediyor.

Bu filmde dikkatli bir izleyiciyi rahatsız eden tek bir "küçük" ayrıntı var: benzer bir uzay ekspresinde uçmak elbette harika, ancak pilotlar meşeyi bu süreçte tutmayı ancak şimdi başarabilecekler. çok yıldızlararası hareket?

Gişe rekorları kıran uzay filminin yaratıcıları, orijinal solucan delikleri teorisinin diğer önde gelen astrofizik teorisyenlerine ait olduğundan bahsetmemeyi seçtiler - Albert Einstein, asistanı Nathan Rosen ile birlikte onu geliştirmeye başladı. Bu bilim adamları, Einstein'ın genel görelilik denklemlerini, sonuç şu şekilde olacak şekilde çözmeye çalıştılar: matematiksel model tüm Evren, çekim kuvvetleri ve maddeyi oluşturan temel parçacıklar ile birlikte. Bütün bunlar olurken, uzay birbirine “köprüler” ile bağlı iki geometrik düzlem olarak tasavvur edilmeye çalışılmıştır.

Buna paralel olarak, ancak Einstein'dan bağımsız olarak, benzer bir çalışma başka bir fizikçi tarafından gerçekleştirildi - 1916'da yine Einstein'ın denklemlerini çözerken bu tür "köprüler" keşfini yapan Ludwig Flamm.

Üç "köprü kurucusu" da genel bir hayal kırıklığına uğradı, çünkü "var olan her şeyin teorisi" uygulanamaz hale geldi: teoride bu tür "köprüler" hiç de gerçek temel parçacıklar gibi davranmıyordu.

Bununla birlikte, 1935'te Einstein ve Rosen, uzay-zaman sürekliliğinde kendi tünel teorilerini sundukları bir makale yayınladılar. Yazarlar tarafından tasarlandığı şekliyle bu çalışma, açıkça diğer nesil bilim adamlarını böyle bir teoriyi uygulama olasılığı üzerinde düşünmeye teşvik etmek içindi.

Princeton Üniversitesi'nden bir fizikçi olan John Wheeler, bir zamanlar Einstein-Rosen teorisine göre "köprü" modellerinin inşasını incelemek için geçmiş yıllarda kullanılan "solucan deliği" tanımını kelime dağarcığına dahil etti. Wheeler şunu fark etti: böyle bir "köprü", bir meyvedeki solucan tarafından kemirilmiş bir geçide acı verici bir şekilde benziyor. Bir armutun bir tarafından diğerine sürünen bir karınca hayal edin - ya tüm kavisli yüzey boyunca sürünebilir ya da yolu kısaltarak bir solucan deliği tünelinden meyveyi geçebilir.

Ve eğer bizim üç boyutlu uzay-zaman sürekliliğimizin, kavisli bir yüzey gibi "kütleyi" büyük ölçüde kucaklayan bir armut kabuğu olduğunu hayal edersek. büyük bedenler? Belki de Einstein-Rosen "köprüsü", bu "kütleyi" kesen tünelin ta kendisidir, yıldız gemisi pilotlarının iki nokta arasındaki uzay mesafesini azaltmasına olanak tanır. Muhtemelen, bu durumda genel görelilik teorisinin gerçek bir matematiksel çözümünden bahsediyoruz.

Wheeler'a göre, Einstein-Rosen "köprülerinin" ağızları, sözde Schwarzschild kara deliğini çok andırıyor - küresel bir şekle ve o kadar yüksek yoğunluğa sahip basit bir madde ki çekim kuvveti ışıkla bile aşılamaz. . Gökbilimciler, "kara deliklerin" varlığı hakkında güçlü bir görüşe sahipler. Bu oluşumların çok büyük yıldızlar "çöktüğünde" veya yok olduğunda doğduklarına inanıyorlar.

Bir "kara deliğin" bir "solucan deliği" veya uzun mesafeli uzay yolculuğuna izin veren bir tünel ile aynı şey olduğu hipotezi ne kadar mantıklı? Belki de matematik açısından bu ifade doğrudur. Ancak sadece teoride: böyle bir seferde hayatta kalan kimse olmayacak.

Schwarzschild modeli, bir "kara deliğin" karanlık merkezini, sonsuz yoğunluğa sahip tekil bir nokta veya merkezi nötr hareketsiz top olarak temsil eder. Wheeler'ın hesaplamaları, Evrenin iki uzak bölgesindeki iki tekil noktanın ("Schwarzschild'in kara delikleri") "kütlesinde" birleşip arasında bir tünel oluşturduğunda böyle bir "solucan deliği" oluşması durumunda olanların sonuçlarını gösteriyor. onlara.

Araştırmacı, böyle bir "solucan deliğinin" kararsız bir yapıya sahip olduğunu keşfetti: tünel önce oluşur ve sonra çöker, ardından yalnızca iki tekil nokta ("kara delikler") kalır. Tünelin ortaya çıkması ve çarpılması prosedürü o kadar hızlı gerçekleşir ki, içinden bir ışık huzmesi bile geçemez, astronotun içinden geçmeye çalışmasından bahsetmiyorum bile - bir "kara delik" tarafından tamamen yutulacak. Şaka değil - anlık ölümden bahsediyoruz çünkü çılgın gücün yerçekimi güçleri bir kişiyi paramparça edecek.

"Kara delikler" ve "beyaz noktalar"

Thorne, filmle aynı zamanda bir kitap yayınladı. Bilimsel Temeller yıldızlararası film. Bu çalışmasında şunu onaylıyor: "Tünelin çökmesi anında - canlı veya cansız - herhangi bir vücut ezilecek ve parçalara ayrılacak!"

Bir diğeri için, alternatif- Dönen "kara delik" Kerr - gezegenler arası yolculuktaki "beyaz noktalar" araştırmacıları, genel görelilik kuramına farklı bir çözüm buldular. Kerr "kara deliği" içindeki tekillik, farklı, küresel değil, halka şeklinde bir şekle sahiptir.

Bazı modelleri, bir kişiye yıldızlararası uçuşta hayatta kalma şansı verebilir, ancak yalnızca gemi bu delikten yalnızca halkanın merkezinden geçerse. Uzay basketbolu gibi bir şey, sadece burada vurmanın bedeli ekstra puan değildir: tehlikede olan bir yıldız gemisinin mürettebatıyla birlikte varlığıdır.

Yıldızlararası Bilim'in yazarı Kip Thorne, teorinin durumundan şüphe ediyor. 1987'de bir "solucan deliğinden" uçmakla ilgili bir makale yazdı ve burada önemli bir ayrıntıya dikkat çekti: Kerr tünelinin boynunda "Cauchy ufku" adı verilen çok güvenilmez bir bölüm var.

İlgili hesaplamaların gösterdiği gibi, vücut belirli bir noktayı geçmeye çalıştığı anda tünel çöküyor. Dahası, "solucan deliğinin" bir miktar dengelenmesi koşulu altında bile, kuantum teorisinin dediği gibi, hemen yüksek enerjili hızlı parçacıklarla doldurulacaktır.

Bu nedenle, kendinizi Kerr'in "kara deliğine" soktuğunuz anda, kuru kızarmış kabuk sizden kalacaktır.

Sebep - "korkunç uzun menzilli eylem" mi?

Gerçek şu ki, fizikçiler henüz klasik yerçekimi yasalarını kuantum teorisine uyarlamadılar - matematiğin bu bölümünü anlamak çok zor ve birçok bilim adamı ona kesin bir tanım vermedi.

Aynı zamanda, Princeton bilim adamı Juan Malzadena ve Stanford'daki meslektaşı Leonard Susskind, "solucan deliklerinin" kuantum nesnelerinin birbirine bağlı olduğu dönemde - birbirlerinden uzaklaştırılmış olsunlar ya da olmasınlar - açıkça dolaşmanın maddi bir düzenlemesinden başka bir şey olmadığını öne sürdüler. .

Albert Einstein'ın böyle bir karışıklık için kendi adı vardı - "korkunç uzun menzilli eylem", büyük bir fizikçi ve genel kabul görmüş bakış açısına katılmayı düşünmedi. Buna rağmen, birçok deney kuantum dolaşıklığın varlığını kanıtladı. Ayrıca, zaten ticari amaçlar için kullanılıyor - onun yardımıyla bankacılık işlemleri gibi çevrimiçi veri aktarımları korunuyor.

Malsadena ve Susskind'e göre, büyük hacimlerde kuantum dolaşıklığı, uzay-zaman sürekliliğinin geometrisindeki değişikliği etkileyebilir ve bağlantılı "kara delikler" şeklinde "solucan deliklerinin" ortaya çıkmasına katkıda bulunabilir. Ancak bu bilim adamlarının hipotezi, geçilebilir yıldızlararası tünellerin ortaya çıkmasına izin vermiyor.

Malsadena'ya göre bu tüneller bir yandan ışık hızından daha hızlı uçmayı mümkün kılmıyor, diğer yandan da astronotların hâlâ orada, içeride, "başka" biriyle buluşmasına yardımcı olabiliyor. Doğru, böyle bir toplantıdan zevk yok, çünkü toplantıyı "kara deliğin" merkezinde yerçekimi etkisinden kaçınılmaz ölüm izleyecek.

Tek kelimeyle, "kara delikler" insanoğlunun uzay araştırmalarının önündeki gerçek bir engeldir. Bu durumda "solucan delikleri" ne olabilir? Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nden bir bilim adamı olan Avi Loeb'in inandığı gibi, insanların bu konuda pek çok seçeneği var: genel göreliliği kuantum mekaniğiyle birleştiren bir teori olmadığı için, olası uzayın tüm kümesinin farkında değiliz. "solucan deliklerinin" görünebileceği zaman yapıları. ".

Çöküyorlar

Ama burada da her şey o kadar basit değil. 1987'de aynı Kip Thorne, genel görelilik teorisine karşılık gelen herhangi bir "solucan deliği" için, negatif enerjiye veya anti yerçekimine sahip sözde egzotik madde nedeniyle onu açık tutmaya çalışmazsanız çökmesi için bir tekillik kurdu. Thorne, ekzomatörün var olduğu gerçeğinin deneysel olarak kurulabileceğini garanti ediyor.

Deneyler, boşluktaki kuantum dalgalanmalarının, çok yakın yerleştirilmiş iki ayna arasında açıkça bir negatif basınç yaratma yeteneğine sahip olduğunu gösterecek.

Buna karşılık, Avi Loeb'e göre, sözde karanlık enerjiyi gözlemlerseniz, bu çalışmalar egzotik maddenin varlığına inanmak için daha fazla neden verecektir.

Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nden bir bilim insanı şöyle diyor: "... yakın kozmik tarih boyunca galaksilerin, sanki yerçekimine karşı bir etki yapıyormuş gibi, zaman içinde artan bir hızla bizden nasıl uzaklaştıklarını görüyoruz - öyle ki Evrenin hızlanan genişlemesi, Evren bir madde ile doluysa açıklanabilir. negatif baskı, tam olarak bir solucan deliğinin ortaya çıkması için gerekli olan malzeme ... ".

Aynı zamanda, hem Loeb hem de Thorne, bir "solucan deliği" doğal olarak görünebilse bile, bunun çok fazla egzotik madde gerektireceğine inanıyor. Yalnızca çok gelişmiş bir medeniyet, böyle bir enerji rezervi biriktirebilir ve ardından böyle bir tüneli stabilize edebilir.

Bu teori hakkındaki görüşlerde de "yoldaşlar arasında bir anlaşma yoktur." Örneğin, meslektaşları Malsadena, Loeb ve Thorn'un bulguları hakkında ne düşünüyor:

"... Kararlı, geçilebilir bir solucan deliği fikrinin yeterince anlaşılır olmadığına ve görünüşe göre bilinen fizik yasalarına uymadığına inanıyorum ..." İsveç'teki İskandinav Teorik Fizik Enstitüsü'nden Sabina Hossenfelder tamamen kırılıyor Loeb-Thorn'un vardığı sonuçlar paramparça: “... Egzotik maddenin varlığına dair kesinlikle hiçbir kanıtımız yok. Üstelik var olamayacağına dair yaygın bir inanç var, çünkü olsaydı boşluk istikrarsız olurdu…”

Böyle egzotik bir maddenin varlığı durumunda bile, Hossen-felder fikrini geliştirir, onun içinde hareket etmek son derece tatsız bir şey olurdu: duyumlar her seferinde uzay-zaman yapısının etrafındaki eğrilik derecesiyle doğru orantılı olacaktır. tünel ve içindeki enerji yoğunluğu. Sabine Hossenfelder şu sonuca varıyor:

"... Bu," kara deliklere "çok benziyor: gelgit oluşturan kuvvetler çok büyük - ve bir kişi paramparça olacak ..."

İronik bir şekilde, Yıldızlararası filmine yaptığı katkılara rağmen Thorne, böyle yürünebilir bir tünelin var olabileceğine gerçekten inanmıyor. Ve (herhangi bir zarar görmeden!) - astronotlar - ve hatta daha fazlasını geçme olasılığında. Bunu kitabında kendisi de itiraf ediyor:

"... Eğer onlar [tüneller] var olabiliyorlarsa, o zaman astrofiziksel Evrende doğal olarak ortaya çıkabileceklerinden çok şüpheliyim..."

... Öyleyse bundan sonra bilim kurgu filmlerine inanın!

Bir solucan deliği veya solucan deliği, uzay-zamanın varsayımsal bir topolojik özelliğidir; bu, zamanın her anında uzayda bir "tünel"dir (bir uzay-zaman tüneli). Böylece solucan deliği uzayda ve zamanda hareket etmenizi sağlar. Bir solucan deliğinin bağlandığı alanlar, tek bir alanın alanları olabilir veya tamamen bağlantısız olabilir. İkinci durumda, solucan deliği iki bölge arasındaki tek bağlantıdır. İlk tür solucan delikleri genellikle "dünya içi" olarak adlandırılır ve ikinci tür "dünyalar arası" olarak adlandırılır.

Bildiğiniz gibi Genel Görelilik Teorisi, Evren'de ışık hızını aşan bir hızda hareketi yasaklar. Öte yandan, genel görelilik, uzay-zaman tünellerinin varlığına izin verir, ancak tünelin, güçlü bir yerçekimi itmesi oluşturan ve tünelin çökmesini önleyen, negatif enerji yoğunluğuna sahip egzotik madde ile doldurulması gerekir.

Takyonlara çoğunlukla bu tür egzotik madde parçacıkları denir. Takyonlar, ışık hızından daha hızlı hareket eden varsayımsal parçacıklardır. Bu tür parçacıkların genel göreliliği ihlal etmemesi için takyonların kütlesinin negatif olduğu varsayılır.

Şu anda, laboratuvar deneylerinde veya astronomik gözlemlerde takyonların varlığına dair güvenilir bir deneysel doğrulama yoktur. Fizikçiler yalnızca, yüksek yoğunlukta elektrik alanlarında, özel bir polarizasyonda elde edilen "sözde negatif" bir elektron ve atom kütlesiyle övünebilirler. lazer ışınları veya çok düşük sıcaklıklar. İkinci durumda, deneyler, mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara (bir kelvin'in milyonda birinden daha az) soğutulan bozonlara dayalı maddenin toplu hali olan bir Bose-Einstein kondensatı ile gerçekleştirildi. Böylesine güçlü bir şekilde soğutulmuş bir durumda, yeterince çok sayıda atom kendilerini mümkün olan en düşük kuantum durumlarında bulur ve kuantum etkileri kendilerini makroskopik düzeyde göstermeye başlar. Nobel Fizik Ödülü, 2001 yılında Bose-Einstein kondensatının üretimi için verildi.

Ancak bazı uzmanlar bunların takyon olabileceğini öne sürüyor. Bu temel parçacıkların sıfır olmayan bir kütlesi vardır ve bu, nötrino salınımlarının saptanmasıyla kanıtlanmıştır. Son keşif bile ödüllendirildi Nobel Ödülü 2015 için fizik. Diğer tarafta Kesin değer nötrino kütleleri henüz belirlenmemiştir. Nötrinoların hızını ölçmek için yapılan bir dizi deney, hızlarının ışık hızını biraz aşabileceğini göstermiştir. Bu veriler sürekli sorgulanıyor ancak 2014 yılında bir yeni iş bu vesileyle

sicim teorisi

Buna paralel olarak, bazı teorisyenler erken Evren'de negatif kütleli özel oluşumların (kozmik sicimler) oluşmuş olabileceğini öne sürüyorlar. Kalıntı kozmik sicimlerin uzunluğu, ortalama yoğunluğu cm3 başına 1022 gram olan bir atomun çapından daha az bir kalınlıkla en az birkaç on parsec'e ulaşabilir. Uzaktaki kuasarlardan gelen ışığın yerçekimsel merceklenmesi olaylarında bu tür oluşumların gözlemlendiğine dair birkaç çalışma var. Genel olarak, şu anda bir "her şeyin teorisi" veya görelilik teorisi ile kuantum alan teorisini birleştiren birleşik alan teorisi için en muhtemel adaydır. Buna göre, tüm temel parçacıklar, (Evrendeki bir nesnenin mümkün olan en küçük boyutu) ile karşılaştırılabilir olan yaklaşık 10-33 metre uzunluğunda salınan enerji iplikleridir.

Birleşik alan teorisi, uzay-zaman boyutlarında minimum uzunluk ve zamana sahip hücrelerin olduğunu öne sürer. Minimum uzunluk, Planck uzunluğuna eşit olmalıdır (yaklaşık 1,6 x 10 -35 metre).

Aynı zamanda, uzaktaki gama ışını patlamalarının gözlemleri, uzay tanecikleri varsa, bu tanelerin boyutunun 10 -48 metreden fazla olmadığını gösterir. Ayrıca, modern fiziğin bu temel teorisinin yanlışlığına dair ciddi bir argüman haline gelen sicim teorisinin bazı sonuçlarını doğrulayamadı.

Birleşik alan teorisine ve uzay-zaman tünellerine giden yolda potansiyel olarak önemli olan, 2014 yılında kuantum dolaşıklığı ile solucan delikleri arasındaki teorik bir bağlantının keşfedilmesidir. Yeni bir teorik çalışmada, uzay-zaman tünelinin yaratılmasının sadece iki büyük kütleli karadelik arasında değil, aynı zamanda iki kuantum dolaşık kuark arasında da mümkün olduğu gösterildi.

Kuantum dolaşıklığı, kuantum mekaniğinde iki veya Daha nesneler birbirine bağlıdır. Bu karşılıklı bağımlılık, bu nesneler uzayda bilinen herhangi bir etkileşimin ötesinde ayrılsa bile devam eder. Bir parçacığın parametresinin ölçülmesi, yerellik ilkesiyle mantıksal çelişki içinde olan diğerinin dolaşık durumunun anında (ışık hızının üzerinde) sona ermesine yol açar (bu durumda, görelilik teorisi ihlal edilmez ve bilgi iletilmez).

Victoria Üniversitesi'nden (Kanada) Kristan Jensen ve Washington Üniversitesi'nden (ABD) Andreas Karch, bir kuark ve bir antikuarktan oluşan, ışık hızına yakın hızlarda birbirinden uzaklaşan ve bunu imkansız hale getiren kuantum dolaşık bir çift tanımladılar. sinyalleri birinden diğerine iletir. Araştırmacılar, kuarkların içinde hareket ettiği üç boyutlu uzayın, dört boyutlu dünyanın varsayımsal bir yüzü olduğuna inanıyor. 3B uzayda, kuantum dolaşık parçacıklar bir tür "sicim" ile birbirine bağlanır. Ve 4B uzayda bu "sicim" bir solucan deliğine dönüşür.

Massachusetts Institute of Technology'den (ABD) Julian Sonner, güçlü bir kuark-antikuark çiftini kuantum dolanıklığıyla sundu. Elektrik alanı zıt yüklü parçacıkları ayırarak farklı yönlerde hızla hareket etmelerine neden olur. Sonner ayrıca, 3B'de kuantum olarak dolaşık parçacıkların 4B'de bir solucan deliği ile bağlanacağı sonucuna vardı. Hesaplamalarda fizikçiler, n boyutlu dünyanın tüm fiziğinin boyut sayısıyla (n-1) "yönlerine" tam olarak yansıdığı kavram olan holografik ilkeyi kullandılar. Böyle bir "izdüşüm" ile, dört boyutlu uzayda yerçekiminin etkilerini hesaba katan bir kuantum teorisi, üç boyutlu uzayda "yerçekimi olmayan" bir kuantum teorisine eşdeğerdir. Başka bir deyişle, 4 boyutlu uzaydaki kara delikler ve aralarındaki solucan deliği, matematiksel olarak 3 boyutlu holografik izdüşümlerine eşdeğerdir.

Yerçekimi dalgası ve nötrino astronomisi için beklentiler

Kuantum yerçekimini daha iyi anlamak için maddenin özelliklerini en mikroskobik ve yüksek enerji seviyesinde incelemedeki en büyük beklentiler, en yüksek nüfuz etme gücüne sahip dalgaları ve parçacıkları incelediği için yerçekimi dalgası ve nötrino astronomisidir. Öyleyse, Evrenin mikrodalga arka plan radyasyonu 380 bin yıl sonra oluşmuşsa, o zaman kalıntı nötrinolar ilk birkaç saniye içinde ve kalıntı yerçekimi dalgaları sadece 10 -32 saniyede! Ek olarak, karadeliklerden veya katastrofik olaylardan (büyük yıldızların birleşmeleri ve çökmeleri) kaynaklanan bu tür radyasyon ve parçacıkların kaydının büyük umutları vardır.

Öte yandan, artık tüm elektromanyetik spektrumu kapsayan geleneksel astrometrik gözlemevleri aktif olarak gelişiyor. Bu tür gözlemevleri, erken evrendeki (ilk yıldızlararası bulutlar,

- Sergey Vladilenovich, solucan deliği nedir?

Kesin bir tanım yoktur. Bazı teoremleri ispatlarken bu tür tanımlara ihtiyaç vardır ve neredeyse hiç kesin teorem yoktur, bu nedenle bunlar esas olarak mecazi kavramlar, resimlerle sınırlıdır. Bir odadaki üç boyutlu uzayımızdan bir top çıkardığımızı ve başka bir odada tamamen aynı topu çıkardığımızı ve ortaya çıkan bu deliklerin sınırlarını yapıştırdığımızı hayal edin. Böylece, bir odada bir delik haline gelen bu eski topun içine adım attığımızda, başka bir odada - başka bir topun yerinde oluşturulmuş bir delikten - çıkarız. Uzayımız üç boyutlu değil de iki boyutlu olsaydı, üzerine kalem yapıştırılmış bir kağıt parçası gibi görünürdü. Üç boyutlu bir analog ve zaman içindeki gelişimi solucan deliği olarak adlandırılır.

Solucan delikleri genel olarak nasıl incelenir?

Bu tamamen teorik bir faaliyettir. Hiç kimse solucan deliği görmedi ve genel olarak var olduklarına dair bile kesinlik yok. Solucan delikleri şu sorudan yola çıkarak incelenmeye başlandı: Doğada bu tür deliklerin var olamayacağını bize garanti edecek herhangi bir mekanizma var mı? Bu mekanizmalar henüz bulunamadı, dolayısıyla solucan deliklerinin gerçek bir fenomen olduğu varsayılabilir.

- Prensip olarak bir solucan deliği görmek mümkün mü?

Elbette. Bir kişi aniden kilitli bir odada hiçbir yerden çıkmadıysa, o zaman bir solucan deliği gözlemliyorsunuz demektir. Bir çalışma nesnesi olarak solucan delikleri, onların yardımıyla elektrik yüklerini ne daha fazla ne de daha az açıklamak isteyen Amerikalı teorik fizikçi John Wheeler tarafından icat edildi ve desteklendi. açıklayalım. Serbest elektrik alanın teorik fizik açısından tanımlanması çok zor bir iş değildir. Ancak elektrik yükünü aynı bakış açısından tanımlamak çok zordur. Elektrik yükü bu anlamda çok gizemli bir şey olarak görünür: alandan ayrı, kaynağı bilinmeyen bir tür madde ve klasik fizikte bununla nasıl başa çıkılacağı açık değildir. Wheeler'ın fikri aşağıdaki gibiydi. Diyelim ki delinmiş mikroskobik bir solucan deliğimiz var. kuvvet hatları- bu çizgiler bir uçtan girer ve diğer uçtan çıkarlar. Bu iki ucun kuvvet çizgileriyle birbirine bağlı olduğunu bilmeyen bir dış gözlemci, böyle bir cismi uzayda basit bir küre olarak algılayacak, etrafındaki alanı inceleyecek ve bir noktasal yükün alanı gibi görünecektir. Gözlemciye yalnızca bunun bir yükü olan bir tür gizemli madde olduğu ve bunun nedeninin aslında bir solucan deliği olduğunu bilmemesi gibi görünecektir. Tabii ki, bu çok zarif bir fikir ve birçoğu onu geliştirmeye çalıştı, ancak fazla ilerleme kaydetmedi, çünkü sonuçta elektronlar kuantum nesneleridir ve elbette kimse kuantumdaki solucan deliklerini nasıl tanımlayacağını bilmiyor. seviye. Ancak hipotezin doğru olduğunu varsayarsak, o zaman solucan delikleri günlük olaylardan daha fazlasıdır, elektrikle ilgili her şey eninde sonunda onlara bağlanacaktır.

Egzotik madde, bir veya daha fazla bozan herhangi bir (genellikle varsayımsal) maddeyi tanımlayan klasik bir fizik kavramıdır. klasik koşullar veya bilinen baryonlardan oluşmaz. Bu tür maddeler, yerçekimi tarafından çekilmek yerine negatif enerji yoğunluğu veya itme gibi özelliklere sahip olabilir. Egzotik madde bazı teorilerde, örneğin solucan deliklerinin yapısı teorisinde kullanılır. Egzotik maddenin en ünlü temsilcisi, Casimir etkisinin ürettiği negatif basınçlı bir bölgedeki boşluktur.

- Solucan delikleri nedir?

Teorik seyahat açısından, geçilebilir ve geçilemez solucan delikleri vardır. Geçilmez - bunlar, geçidin yok edildiği yerlerdir ve bu o kadar hızlı gerçekleşir ki, hiçbir nesnenin bir uçtan diğerine gitmek için zamanı yoktur. Tabii ki, ikinci tip solucan deliği, üzerinde çalışılması en ilginç olanıdır. Hatta galaksilerin merkezlerindeki süper kütleli kara delikler olarak düşündüğümüz şeylerin aslında solucan deliklerinin ağızları olduğunu söyleyen güzel bir teori bile var. Bu teori neredeyse hiç gelişmedi ve elbette şu ana kadar hiçbir onay bulamadı, daha çok bir tür fikir olarak var. Özü, solucan deliğinin dışında yalnızca galaksinin merkezinde küresel olarak simetrik belirli bir nesne olduğunu görmenizdir, ancak bunun ne olduğunu - bir solucan deliği veya kara delik - söyleyemezsiniz, çünkü bu nesnenin dışındasınız.

Aslında, yalnızca bir parametre ile ayırt edilebilirler - kütle. Kütle negatif çıkarsa, bu muhtemelen bir solucan deliğidir, ancak kütle pozitifse, o zaman burada gereklidir. Ek Bilgilerçünkü bir kara delik aynı zamanda bir solucan deliği de olabilir. Genel olarak negatif kütle, solucan delikleriyle ilgili tüm hikayenin merkezi anlarından biridir. Çünkü geçilebilir olması için bir solucan deliğinin egzotik denilen şeyle, enerji yoğunluğu en azından bazı yerlerde, bazı noktalarda negatif olan bir maddeyle doldurulması gerekir. Klasik düzeyde, hiç kimse böyle bir madde görmemiştir, ancak prensipte var olabileceğinden eminiz. Böyle bir maddenin ortaya çıkmasına neden olan kuantum etkileri kaydedildi. Bu oldukça iyi bilinen bir fenomendir ve Casimir etkisi olarak adlandırılır. Resmi olarak tescil edilmiştir. Ve tam olarak çok ilham verici olan negatif enerji yoğunluğunun varlığıyla bağlantılıdır.

Casimir etkisi, vakumdaki kuantum dalgalanmalarının etkisi altında yüksüz iletken cisimlerin karşılıklı çekiminden oluşan bir etkidir. Çoğu zaman, yakın mesafeye yerleştirilmiş iki paralel yüksüz ayna yüzeyinden bahsediyoruz, ancak Casimir etkisi daha karmaşık geometrilerde de var. Etkinin nedeni, fiziksel boşluğun içindeki sanal parçacıkların sürekli doğup kaybolmasından kaynaklanan enerji dalgalanmalarıdır. Etki, 1948'de Hollandalı fizikçi Hendrik Casimir tarafından tahmin edildi ve daha sonra deneysel olarak doğrulandı.

Genel olarak, kuantum biliminde, negatif enerji yoğunluğu, örneğin Hawking'in buharlaşmasıyla ilişkilendirilen oldukça yaygın bir şeydir. Eğer böyle bir yoğunluk varsa şu soruyu sorabiliriz: Bir kara deliğin kütlesi (yarattığı yerçekimi alanının parametresi) ne kadar büyük? Bu sorunun kara deliklere, yani pozitif kütleli nesnelere uygulanabilen bir çözümü var ve negatif kütleye uygulanabilen bir çözümü var. Solucan deliğinde yeterince egzotik madde varsa, bu nesnenin dış kütlesi negatif olacaktır. Bu nedenle, solucan deliklerinin ana "gözlem" türlerinden biri, negatif kütleye sahip olduğu varsayılan nesnelerin izlenmesidir. Ve böyle bir nesne bulursak, oldukça yüksek bir olasılıkla bunun bir solucan deliği olduğunu söylemek mümkün olacaktır.

Solucan delikleri ayrıca dünya içi ve dünyalar arası olarak ayrılır. İkinci tip deliklerin iki ağzı arasındaki tüneli yok edersek tamamen alakasız iki evren görebiliriz. Böyle bir solucan deliğine dünyalar arası denir. Ama aynısını yaparsak ve her şeyin yolunda olduğunu görürsek - aynı Evrende kaldık - o zaman dünya içi bir solucan deliğimiz olur. Bu iki solucan deliği türünün pek çok ortak noktası vardır, ancak önemli bir farkları da vardır. Gerçek şu ki, eğer varsa, bir dünya içi solucan deliği bir zaman makinesine dönüşme eğilimindedir. Aslında, solucan deliklerine olan son ilgi artışı bu varsayımın arka planına karşı ortaya çıktı.

Bir sanatçı tarafından hayal edilen solucan deliği

©depositphotos.com

Bir dünya içi solucan deliği durumunda, iki tane vardır. Farklı yollar bir komşuya bakın: doğrudan tünelden veya dolambaçlı bir şekilde. Solucan deliğinin bir ağzını diğerine göre hareket ettirmeye başlarsanız, o zaman iyi bilinen ikiz paradoksuna göre, yolculuktan dönen ikinci kişi kalandan daha genç olacaktır. Öte yandan tünelden baktığınızda - ikiniz de hareketsiz duran laboratuvarlarda oturuyorsunuz, sizin açınızdan size hiçbir şey olmuyor, saatleriniz senkronize. Böylece, bu tünele dalmak ve dışarıdan bir gözlemcinin bakış açısına göre, dalış yaptığınız andan önce gelen bir anda çıkmak için teorik bir olasılığınız var. Uygun bir dereceye getirilen gecikme, orijinal kalkış yerine döndüğünüzde ve önceki enkarnasyonunuzla el sıkıştığınızda, uzay-zamanda böyle bir dairesel yolculuk olasılığını doğuracaktır.

İkiz paradoks, özel görelilik kuramının tutarsızlığını "ispatlamaya" çalışan bir düşünce deneyidir. SRT'ye göre, "sabit" gözlemciler açısından, hareketli nesnelerin tüm süreçleri yavaşlar. Öte yandan, görelilik ilkesi eşitliği ilan eder. atalet sistemleri referans. Buna dayanarak, bariz bir çelişkiye yol açan bir argüman inşa edilir. Netlik için iki ikiz kardeşin hikayesi ele alınır. Biri (bir gezgin) uzay uçuşuna çıkar ve ikincisi (bir ev sahibi) Dünya'da kalır. Çoğu zaman, "paradoks" şu şekilde formüle edilir:

Ev sahibi açısından bakıldığında, hareket halindeki yolcunun saati yavaş çalışır, bu nedenle geri dönerken ev sahibinin saatinin gerisinde olmalıdır. Öte yandan, Dünya gezgine göre hareket ediyordu, bu nedenle ev sahibinin saati geride olmalıydı. Aslında kardeşler eşittir, bu nedenle döndükten sonra saatleri aynı zamanı göstermelidir. Ancak SRT'ye göre gezgin saati geride kalacak. Kardeşlerin görünüşteki simetrisinin böylesine ihlal edilmesinde bir çelişki görülür.

Bir solucan deliği ile bir kara delik arasındaki temel fark nedir?

Her şeyden önce, iki tür kara delik olduğu söylenmelidir - yıldızların çökmesi sonucu oluşanlar ve başlangıçta var olanlar, Evrenin kendisinin ortaya çıkışıyla birlikte ortaya çıktı. Bunlar iki temel farklı şekiller Kara delikler. Bir zamanlar "beyaz delik" diye bir şey vardı, şimdi nadiren kullanılıyor. Beyaz delik aynı kara deliktir, ancak zamanda geriye doğru evrilmektedir. Madde sadece bir kara deliğin içine uçar ama oradan asla kaçamaz. Beyaz bir delikten ise tam tersine madde sadece uçar ama hiçbir şekilde içine girmek imkansızdır. Aslında bu çok doğal bir şey, Genel Görelilik Teorisi'nin zamanda simetrik olduğunu hatırlarsak, yani kara delikler varsa beyaz olanlar da olmalı demektir. Bütünlükleri bir solucan deliğidir.

Sanatçının temsilindeki kara delik

©VICTOR HABBICK VISIONS/SPL/Getty

- Solucan deliklerinin iç yapısı hakkında ne bilinir?

Şimdiye kadar sadece bu anlamda modeller yapılıyor. Bir yandan, bu egzotik maddenin görünüşünün deneysel olarak bile tespit edilebileceğini biliyoruz ve hala pek çok soru var. Benim bildiğim, gerçeklikle az çok tutarlı olan tek solucan deliği modeli, başlangıçta buharlaşan (Evrenin başlangıcından beri) bir solucan deliği modelidir. Bu buharlaşma nedeniyle, böyle bir delik uzun süre fena kalır.

- Tam olarak ne üzerinde çalışıyorsun?

temizim teorik aktivite, genel olarak uzay-zamanın nedensel yapısı olarak adlandırılabilecek şey, klasik Görelilik Teorisidir, bazen yarı klasiktir (bilindiği şekliyle kuantum henüz mevcut değildir).

Klasik göreceli olmayan teoride, zaman yolculuğunun var olamayacağına dair oldukça ikna edici kanıtlar bulunabilir, ancak genel görelilikte böyle bir kanıt yoktur. Ve Einstein, henüz teorisini geliştirirken bunun farkındaydı. Bu olasılığı ortadan kaldırmanın bir yolu olup olmadığını merak etti. Daha sonra kendisinin de söylediği gibi, bu görevle baş edemedi. Ve Einstein bu konuyu incelemek için bir dil oluştursa da, görev akademik kaldı. 1940'ların sonlarında Gödel'in bu tür kapalı eğriler içeren bir kozmolojik model önerdiği zaman, buna olan ilgide bir artış meydana geldi. Ancak Gödel her zaman egzotik bir şey sunduğu için ilgiyle karşılandı, ancak ciddi bilimsel sonuçlar doğurmadı. Ve sonra, geçen yüzyılın sonunda bir yerlerde, esas olarak bilim kurgu sayesinde - örneğin, Jodie Foster'la oynadığı "Contact" filmi - solucan deliklerini kullanarak zamanda yolculuk konusuna ilgi yeniden canlandı. Filmin senaryosunun yazıldığı romanın yazarı ise çok ünlü bir astronom, bilimi yaygınlaştıran Carl Sagan. Konuyu çok ciddiye aldı ve yine çok ünlü bir rölativist olan arkadaşı Kip Thorne'dan filmde anlatılan her şeyin bilim açısından mümkün olup olmadığını sordu. Ve Amerikalı fizik öğretmenleri için dergide yarı popüler bir makale yayınladı "Genel Görelilik Teorisini incelemek için bir araç olarak solucan delikleri", burada solucan delikleri aracılığıyla zamanda yolculuk olasılığını değerlendirdi. Ve söylemeliyim ki, o zamanlar kara deliklerde seyahat etme fikri bilim kurguda popülerdi. Ancak bir kara deliğin kesinlikle geçilemez bir nesne olduğunu anladı - aralarında seyahat etmek imkansız, bu yüzden solucan deliklerini zamanda yolculuk için bir fırsat olarak değerlendirdi. Bu daha önce bilinmesine rağmen, nedense insanlar onun vardığı sonuçları tamamen yeni bir fikir olarak algıladılar ve onu araştırmak için acele ettiler. Dahası, bir zaman makinesinin var olamayacağı varsayımına vurgu yapıldı, ancak nedenini bulmaya karar verdik. Ve oldukça hızlı bir şekilde, böyle bir makinenin varlığına hiçbir açık itiraz olmadığı anlaşıldı. O zamandan beri daha büyük ölçekli çalışmalar başladı, teoriler ortaya çıkmaya başladı. Temel olarak, bunu o zamandan beri yapıyorum.

Contact, 1997 yapımı bir bilim kurgu filmidir. Robert Zemeckis'in yönettiği. Ana konu: Ellie Arroway (Judy Foster) tüm hayatını bilime adadı, dünya dışı zekayı araştırmak için bir projenin üyesi oldu. Dünya dışı sinyalleri aramaya yönelik tüm girişimler sonuçsuzdur ve projesinin geleceği tehlikededir. Ellie destek bulma konusunda umutsuzluğa kapılır, ancak beklenmedik bir şekilde eksantrik milyarder Hadden'dan yardım alır. Ve işte sonuç - Ellie sinyali alıyor. Sinyal çözme, teknik bir cihazın açıklamasını içerdiğini gösterir. Amacı belli değil ama içinde bir kişilik yer planlanmış.

Cihazı yapıp fırlattıktan sonra Ellie solucan deliği sisteminden geçer ve muhtemelen başka bir yıldız sistemindeki bir gezegene taşınır. Orada, deniz kıyısında uyandığında, merhum babasının imajını seçen başka bir medeniyetin temsilcisiyle tanışır. Kahraman etrafına bakındığında, çocukken çizdiği bir çizimin görüntüsünde, bu alanın uzaylı bir zihin tarafından zihninde yeniden yaratıldığını fark eder. Uzaylı ona, cihazın bir yıldızlararası iletişim sistemi düzenlemenize izin verdiğini ve bundan sonra Dünya'nın Evrenin medeniyetler topluluğunun bir üyesi olduğunu söyler.

Ellie Dünya'ya döner. Dış gözlemcilerin bakış açısından, kurulumun başlamasından sonra ona hiçbir şey olmadı ve vücudu gezegenimizi terk etmedi. Ellie kendini paradoksal bir durumda bulur. Bir bilim adamı olarak, titiz bilim açısından sözlerini hiçbir şekilde doğrulayamaz. Ayrıca bir durum daha ortaya çıkıyor: Yolculuk sırasında Ellie'ye takılan video kamera hiçbir şey kaydetmedi, ancak boş kaydın süresi birkaç saniye değil, 18 saatti ...

Bir solucan deliği "yapmak" mümkün mü?

Hemen bununla ilgili çok ciddi bir bilimsel sonuç var. Bunun nedeni, solucan deliklerinin incelenmesiyle ilgili kesin sonuçların olmamasıdır. Çok uzun zamandır kanıtlanmış bir teorem var ve bunu söylüyor. Küresel hiperboliklik diye bir şey var. Bu durumda, ne anlama geldiği hiç önemli değil, ancak asıl mesele şu ki, uzay küresel olarak hiperbolikken ve bu nedenle, bir solucan deliği yaratmak imkansızdır - doğada var olabilir, ancak onu yapmak işe yaramayacaktır. kendin. Küresel hiperbolikliği kırmayı başarırsanız, o zaman belki bir solucan deliği yaratabilirsiniz. Ancak gerçek şu ki, bu ihlal kendi içinde o kadar egzotik bir şey ki, o kadar az anlaşılmış ve yeterince anlaşılmamış ki, bir solucan deliğinin doğuşunun yan etkisi, küresel hiperbolikliği ihlal etmeyi başardığınız gerçeğine kıyasla zaten nispeten küçük bir şey. . Burada, uzayın her zaman küresel olarak hiperbolik olduğunu söyleyen "katı kozmik sansür ilkesi" denen çok ünlü bir şey oluyor. Ancak bu, prensipte bir dilekten başka bir şey değildir. Bu ilkenin doğru olduğuna dair bir kanıt yok, sadece uzay-zamanın küresel olarak hiperbolik olması gerektiğine dair birçok insanda ortak olan içsel bir kesinlik var. Eğer öyleyse, bir solucan deliği yaratmak imkansızdır - mevcut olanı aramanız gerekir. Bu arada, kozmik sansür ilkesinin doğruluğuna dair ciddi şüpheler yazarın kendisi tarafından dile getirildi - Roger Penrose, ama bu başka bir hikaye.

- Yani bir solucan deliği yaratmak için ciddi bir enerji maliyeti mi gerekiyor?

Burada bir şey söylemek çok zor. Sorun şu ki, küresel hiperbolikliğiniz ihlal edildiğinde, aynı zamanda öngörülebilirlik de ihlal ediliyor - bu pratikte aynı şey. Etrafınızdaki alanı bir şekilde geometrik olarak değiştirebilirsiniz, örneğin bir çanta alıp farklı bir yere koyabilirsiniz. Ancak bunu yapabileceğiniz belirli sınırlar vardır, özellikle öngörülebilirliğin dayattığı sınır. Örneğin ne olacağını bazen 2 saniyede anlayabilirsin, bazen de söyleyemezsin. Neyi tahmin edip edemeyeceğinizin sınırı tam olarak küresel hiperboliklikte yatıyor. Uzay-zamanınız küresel olarak hiperbolik ise, onun evrimini tahmin edebilirsiniz. Bir noktada küresel hiperbolikliği ihlal ettiğini varsayarsak, öngörülebilirlikle her şey çok kötü olur. Bu nedenle, şaşırtıcı bir şey ortaya çıkar, örneğin, tam burada ve şimdi içinden bir aslanın atlayacağı bir solucan deliği gerçekleşebilir. Egzotik bir fenomen olacak, ancak herhangi bir fizik kanununu ihlal etmeyecek. Öte yandan, bu süreci bir şekilde kolaylaştırmak için çok fazla çaba, para ve kaynak harcayabilirsiniz. Ancak sonuç yine aynı olacaktır - her iki durumda da bir solucan deliğinin görünüp görünmeyeceğini bilemezsiniz. Klasik fizikte bu konuda bir şey yapamıyoruz - isterse doğar, istemezse ortaya çıkmaz - ama kuantum bilimi bu konuda henüz bize bir ipucu vermiyor.

"Kozmik sansür" ilkesi, 1969'da Roger Penrose tarafından şu mecazi biçimde formüle edildi: "Doğa, çıplak tekillikten nefret eder." Uzay-zaman tekilliklerinin, kara deliklerin içi gibi gözlemcilerden gizlenen yerlerde ortaya çıktığını söylüyor. Bu ilke henüz kanıtlanmamıştır ve mutlak doğruluğundan şüphe etmek için nedenler vardır (örneğin, büyük bir açısal momentumla bir toz bulutunun çökmesi “çıplak bir tekilliğe” yol açar, ancak bu çözümün olup olmadığı bilinmemektedir. Einstein denklemleri, ilk verilerin küçük pertürbasyonlarına göre kararlıdır).

Penrose'un formülasyonu (kozmik sansürün güçlü bir biçimi), uzay-zamanın bir bütün olarak küresel olarak hiperbolik olduğunu öne sürer.

Daha sonra Stephen Hawking, uzay-zamanın "gelecek" bileşeninin yalnızca küresel hiperbolikliğinin varsayıldığı başka bir formülasyon (zayıf bir kozmik sansür biçimi) önerdi.

Yayın için genel göreliliğin (GR) temel denklemleriyle çalışın. Daha sonra, 2015'te 100. yaşını dolduran yeni yerçekimi teorisinin kara deliklerin ve uzay-zaman tünellerinin varlığını öngördüğü anlaşıldı. Lenta.ru onlar hakkında bilgi verecek.

OTO nedir

Genel görelilik eşdeğerlik ve genel kovaryans ilkelerine dayanır. İlk (zayıf ilke), atalet (hareket ile ilişkili) ve yerçekimi (yerçekimi ile ilişkili) kütlelerinin orantılılığı anlamına gelir ve ( güçlü ilke) sınırlı bir uzay alanında, yerçekimi alanı ile ivmeli hareket arasında ayrım yapmaz. Klasik bir örnek asansördür. Ne zaman düzgün hızlandırılmış hareket Dünya'ya göre yukarı doğru, içinde bulunan gözlemci, daha güçlü bir yerçekimi alanında mı yoksa insan yapımı bir nesnede mi hareket ettiğini belirleyemez.

İkinci ilke (genel kovaryans), GR denklemlerinin Einstein ve diğer fizikçiler tarafından 1905'te oluşturulan özel görelilik kuramını dönüştürürken formlarını koruduğunu varsayar. Eşdeğerlik ve kovaryans fikirleri, büyük nesnelerin mevcudiyetinde eğri olan tek bir uzay-zamanı dikkate alma ihtiyacına yol açtı. Bu, genel göreliliği, uzayın her zaman düz olduğu Newton'un klasik yerçekimi teorisinden ayırır.

Dört boyutlu genel görelilik altı bağımsız içerir diferansiyel denklemlerözel türevlerde. Bunları çözmek için (uzay-zamanın eğriliğini açıklayan metrik tensörün açık bir biçimini bulmak), enerji-momentum tensörünün yanı sıra sınır ve koordinat koşullarını ayarlamak gerekir. İkincisi, maddenin uzaydaki dağılımını tanımlar ve kural olarak teoride kullanılan durum denklemi ile ilişkilidir. Ek olarak, GR denklemleri, genellikle karanlık enerjiyle ve muhtemelen ona karşılık gelen skaler alanla ilişkilendirilen bir kozmolojik sabitin (lambda terimi) getirilmesine izin verir.

Kara delikler

1916 yılında Alman matematiksel fizikçi Karl Schwarzschild, GR denklemlerinin ilk çözümünü buldu. Sıfır ile merkezi olarak simetrik bir kütle dağılımı tarafından oluşturulan yerçekimi alanını tanımlar. elektrik şarjı. Bu çözüm, fotonların (ışık hızında hareket eden kuantumlar) ayrılamadığı küresel simetrik bir madde dağılımına sahip bir nesnenin boyutlarını belirleyen vücudun sözde yerçekimi yarıçapını içeriyordu. elektromanyetik alan).

Bu şekilde tanımlanan Schwarzschild küresi, olay ufku kavramıyla ve bununla sınırlanan büyük kütleli nesne, kara delik kavramıyla aynıdır. Genel görelilik çerçevesinde kendisine yaklaşan bir cismin algısı, gözlemcinin konumuna göre değişir. Bedenle bağlantılı bir gözlemci için, Schwarzschild küresine ulaşmak sonlu ve uygun bir zamanda gerçekleşecektir. Dışarıdan bir gözlemci için, cismin olay ufkuna yaklaşması sonsuz zaman alacak ve Schwarzschild küresine sınırsız düşüşü gibi görünecektir.

Sovyet teorik fizikçileri de nötron yıldızları teorisine katkıda bulundular. Lev Landau, 1932 tarihli "Yıldız Teorisi Üzerine" makalesinde nötron yıldızlarının varlığını tahmin etmiş ve 1938 yılında Nature dergisinde yayınlanan "On the Sources of Stellar Energy" adlı çalışmasında, nötron çekirdeği.

Büyük cisimler nasıl kara deliklere dönüşür? Bu sorunun muhafazakar ve şu anda en çok tanınan yanıtı, 1939'da teorik fizikçiler Robert Oppenheimer tarafından verildi (1943'te Amerika Birleşik Devletleri'nin dünyanın ilkini yarattığı Manhattan Projesi'nin bilim direktörü oldu). atom bombası) ve yüksek lisans öğrencisi Hartland Snyder.

1930'larda gökbilimciler, bir yıldızın içinde nükleer yakıt biterse geleceği sorusuyla ilgilenmeye başladılar. Güneş gibi küçük yıldızlar için evrim, yerçekimi büzülme kuvvetinin elektron-nükleer plazmanın elektromanyetik itmesiyle dengelendiği beyaz cücelere dönüşmesine yol açacaktır. Daha ağır yıldızlarda yerçekimi elektromanyetizmadan daha güçlüdür ve nötron yıldızları oluşur. Bu tür nesnelerin çekirdeği, bir nötron sıvısından yapılır ve ince bir elektron plazma tabakası ve ağır çekirdeklerle kaplıdır.

Resim: Doğu Haberleri

Bir beyaz cücenin nötron yıldızına dönüşmesini engelleyen kütlesinin sınır değeri ilk olarak 1932'de Hintli astrofizikçi Subramanyan Chandrasekhar tarafından tahmin edildi. Bu parametre dejenere denge durumundan hesaplanır. e gaz ve yerçekimi kuvvetleri. Modern anlam Chandrasekhar sınırının 1,4 güneş kütlesi olduğu tahmin ediliyor.

Bir nötron yıldızının kara deliğe dönüşmediği kütle üzerindeki üst sınıra Oppenheimer-Volkov sınırı denir. Dejenere nötron gazı basıncı ve yerçekimi kuvvetleri için denge koşulundan belirlenir. 1939'da 0,7 güneş kütlesi değerini aldılar, çağdaş tahminler 1.5 ile 3.0 arasında değişir.

köstebek deliği

Fiziksel olarak bir solucan deliği (solucan deliği), uzay-zamanın iki uzak bölgesini birbirine bağlayan bir tüneldir. Bu bölgeler aynı evrende olabilir veya birbirleriyle bağlantılı olabilir. farklı noktalar farklı evrenler (çoklu evren kavramı içinde). Delikten geri dönme yeteneğine bağlı olarak, geçilebilir ve geçilemez olarak ayrılırlar. Geçilmez delikler hızla kapanır ve potansiyel bir gezginin dönüş yolculuğu yapmasına izin vermez.

Matematiksel bir bakış açısından, bir solucan deliği, GR denklemlerinin tekil olmayan (sonlu ve fiziksel bir anlamı olan) özel bir çözümü olarak elde edilen varsayımsal bir nesnedir. Solucan delikleri genellikle bükülmüş iki boyutlu bir yüzey olarak tasvir edilir. Bir ucundan diğerine hem normal yoldan hem de onları birbirine bağlayan tünelden geçebilirsiniz. İki boyutlu bir uzayın görsel durumunda, bunun mesafeyi önemli ölçüde azaltabileceği görülebilir.

2B'de solucan deliği boğazları - tünelin başladığı ve bittiği açıklıklar - daire şeklindedir. Üç boyutta, bir solucan deliğinin ağzı küre gibi görünür. Bu tür nesneler, uzay-zamanın farklı bölgelerindeki iki tekillikten oluşur ve hiperuzayda (yüksek boyutlu uzayda) bir delik oluşturmak üzere bir araya çekilir. Delik bir uzay-zaman tüneli olduğu için sadece uzayda değil zamanda da yolculuk edebilirsiniz.

İlk kez solucan deliği tipi GR denklemlerinin çözümleri 1916'da Ludwig Flamm tarafından verildi. Maddeyi çekmeden küresel boyunlu bir solucan deliğini tanımlayan çalışması bilim adamlarının ilgisini çekmedi. 1935'te Einstein ve Flamm'ın çalışmasına aşina olmayan Amerikalı-İsrailli teorik fizikçi Nathan Rosen, GR denklemlerine benzer bir çözüm buldu. Bu çalışmada yerçekimini elektromanyetizma ile birleştirme ve Schwarzschild çözümünün tekilliklerinden kurtulma arzusuyla hareket ettiler.

1962'de Amerikalı fizikçiler John Wheeler ve Robert Fuller, Flamm solucan deliğinin ve Einstein-Rosen köprüsünün hızla çöktüğünü ve bu nedenle geçilemez olduğunu gösterdiler. GR denklemlerinin geçilebilir bir solucan deliği ile ilk çözümü, 1986'da Amerikalı fizikçi Kip Thorne tarafından önerildi. Solucan deliği, tünelin kapanmasını engelleyen negatif ortalama kütle yoğunluğuna sahip madde ile doludur. Bu tür özelliklere sahip temel parçacıklar bilim tarafından hala bilinmemektedir. Muhtemelen, karanlık maddenin bir parçası olabilirler.

yerçekimi bugün

Schwarzschild çözümü, kara delikler için en basit çözümdür. Dönen ve yüklü karadelikler daha önce anlatılmıştı. tutarlı matematiksel teori kara delikler ve bunlarla ilişkili tekillikler, İngiliz matematikçi ve fizikçi Roger Penrose'un çalışmalarında geliştirildi. 1965 gibi erken bir tarihte, Physical Review Letters dergisinde "Yerçekimi Çöküşü ve Uzay-Zaman Tekillikleri" başlıklı bir makale yayınladı.

Bir yıldızın kara deliğe dönüşmesine ve bir tekilliğin ortaya çıkmasına yol açan tuzak yüzeyinin oluşumunu açıklar - uzay-zamanın bir özelliği, burada GR denklemleri fiziksel açıdan yanlış çözümler verir. görüş açısı. Penrose'un vardığı sonuçlar, genel göreliliğin ilk büyük matematiksel olarak kesin sonucu olarak kabul edilir.

Kısa bir süre sonra bilim adamı, İngiliz Stephen Hawking ile birlikte, uzak geçmişte evrenin sonsuz kütle yoğunluğu durumunda olduğunu gösterdi. Genel görelilikte ortaya çıkan ve Penrose ile Hawking'in eserlerinde açıklanan tekillikler, modern fizikteki açıklamalara meydan okuyor. Bu, özellikle, kuantum mekaniği ve sicim teorisi gibi ek hipotezler ve teoriler içermeden Büyük Patlama öncesi doğayı tanımlamanın imkansızlığına yol açar. Solucan delikleri teorisinin geliştirilmesi de şu anda kuantum mekaniği olmadan imkansızdır.

Burkhard Clayhaus'un genel gözetimi altındaki Almanya ve Yunanistan'dan bir grup fizikçi, soruna temelde yeni bir bakış açısı sundu. solucan delikleri. Lafta uzay ve zamanın eğri olduğu varsayımsal nesneler.

Bir anda diğer dünyalara seyahat edebileceğiniz tüneller olduğuna inanılıyor.

Solucan delikleri veya aynı zamanda solucan delikleri olarak da adlandırılan solucan delikleri, bu nesnelerin çok canlı ve etkileyici bir şekilde tanımlandığı (kitaplarda daha çok sıfır boşluk olarak adlandırılsa da) her bilim kurgu hayranı tarafından bilinir. Onlar sayesinde kahramanlar bir galaksiden diğerine çok uzun süre hareket edebiliyorlar. Kısa bir zaman. Gerçek solucan deliklerine gelince, onlarla durum çok daha karmaşık. Gerçekten var olup olmadıkları veya tüm bunların teorik fizikçilerin vahşi hayal gücünün sonucu olup olmadığı hala net değil.

Geleneksel anlayışlara göre, solucan delikleri, evrenimizin veya daha doğrusu uzay ve zamanın varsayımsal bir özelliğidir.. Einstein-Rosen köprüsü konseptine göre, Evrenimizde her an, uzayda bir noktadan diğerine neredeyse aynı anda (yani zaman kaybetmeden) gidebileceğiniz bazı tüneller görünebilir.

Görünüşe göre kendi zevkiniz için onların yardımıyla ışınlanıyorsunuz! Ama sorun şu: birincisi, bu solucan delikleri aşırı derecede küçük (yalnızca temel parçacıklar içlerinde kolayca dolaşabiliyor) ve ikincisi, son derece kısa bir süre için var oluyorlar, saniyenin milyonda biri. Bu nedenle onları incelemek son derece zordur - şimdiye kadar tüm solucan deliği modelleri deneysel olarak doğrulanmamıştır.

Bununla birlikte, bilim adamlarının hala böyle bir tünelin içinde ne olabileceğine dair bazı fikirleri var (ne yazık ki, aynı zamanda sadece teorik olmasına rağmen). Oradaki her şeyin sözde egzotik madde ile dolu olduğuna inanılır (karanlık madde ile karıştırılmaması gerekir, bunlar farklı konulardır). Ve bu madde takma adını temelde farklı temel parçacıklardan oluşmasından almıştır. Ve bu nedenle, fiziksel yasaların çoğuna uyulmaz - özellikle, enerji negatif bir yoğunluğa sahip olabilir, yerçekimi kuvveti nesneleri çekmez, iter vb. Genel olarak, tünelin içindeki her şey tamamen farklıdır. normal insanlar. Ama solucan deliğinden o mucizevi geçişi sağlayan da tam olarak bu düzensiz maddedir.

Aslında, Einstein'ın ünlü genel görelilik kuramı solucan deliklerinin var olma olasılığına çok sadıktır - bu tür tünellerin varlığını reddetmez (doğrulamasa da). Bildiğiniz gibi yasak olmayana izin verilir. Bu nedenle, birçok astrofizikçi, geçen yüzyılın ortasından beri aktif olarak en azından az çok kararlı solucan deliğinin izlerini bulmaya çalışıyor.

Aslında, çıkarları anlaşılabilir - prensipte böyle bir tünelin mümkün olduğu ortaya çıkarsa, o zaman uzak dünyalara seyahat etmek çok basit bir mesele haline gelecektir (tabii ki solucan deliğinin uzakta olmaması şartıyla) itibaren Güneş Sistemi). Bununla birlikte, bu nesnenin aranması, bilim adamlarının aslında tam olarak neyi arayacaklarını tam olarak hayal etmedikleri gerçeğiyle engellenmektedir. Aslında bu deliği doğrudan görmek imkansızdır, çünkü kara delikler gibi her şeyi (radyasyon dahil) içine çeker, ancak hiçbir şey salmaz. Varlığının bazı dolaylı işaretlerine ihtiyacımız var, ama soru şu - hangileri?

Ve kısa bir süre önce, astrofizikçilerin acısını hafifletmek için Oldenburg Üniversitesi'nden (Almanya) Burkhard Kleihaus'un genel liderliği altında Almanya ve Yunanistan'dan bir grup fizikçi, solucan delikleri sorununa temelde yeni bir bakış açısı sundu. Onların bakış açısıyla bunlar tüneller evrende gerçekten var olabilir ve aynı zamanda oldukça kararlı olabilir. Ve Klayhouse grubuna göre içlerinde egzotik bir madde yok.

Bilim adamları, solucan deliklerinin ortaya çıkışının, Büyük Patlama'dan hemen sonra erken evrende bulunan kuantum dalgalanmalarından kaynaklandığına ve sözde kuantum köpüğüne yol açtığına inanıyor. sana şunu hatırlatayım kuantum köpük- bu, çok küçük mesafelerde (Planck uzunluğu mertebesinde, yani 10-33 cm'lik bir mesafe) atom altı uzay-zaman türbülansının niteliksel bir tanımı olarak kullanılabilecek bir tür koşullu kavramdır.

Mecazi olarak konuşursak, kuantum köpüğü şu şekilde temsil edilebilir: uzayın çok küçük bölgelerinde çok kısa sürelerde bir yerde enerjinin kendiliğinden ortaya çıkabileceğini ve bu uzay parçasını bir kara deliğe dönüştürmeye yeteceğini hayal edin. Ve bu enerji birdenbire ortaya çıkmaz, parçacıkların antiparçacıklarla çarpışması ve karşılıklı yok olmalarının bir sonucu olarak ortaya çıkar. Ve sonra gözlerimizin önünde, kara deliklerin sürekli olarak göründüğü ve hemen kaybolduğu bir tür kaynayan kazan olacak.

Yani, çalışmanın yazarlarına göre, Big Bang'den hemen sonra evrenimiz tamamen kuantum köpüğüydü.. Ve her an içinde ortaya çıktı sadece kara delikler değil, solucan delikleri de. Ve sonra Evrenin şişmesi (yani genişlemesi), onu yalnızca büyük bir boyuta şişirmekle kalmamalı, aynı zamanda delikleri keskin bir şekilde artırmalı ve onları kararlı hale getirmelidir. Öyle ki oldukça büyük bedenleri bile içlerine sokmak mümkün hale geldi.

Doğru, burada bir engel var. Gerçek şu ki, bu modele göre büyük cisimler bir solucan deliğine girebilse de, girişte onlar üzerindeki yerçekimi etkisinin çok küçük olması gerekir. Aksi takdirde, basitçe parçalanacaklar. Ancak girişteki uzay-zamanın eğriliği "pürüzsüz" ise, o zaman yolculuğun kendisi anlık olamaz. Araştırmacıların hesaplamalarına göre, solucan deliğinden büyük bir cismin erişebileceği çıkış girişten çok uzak olacağından, onlarca hatta yüzlerce ışıkyılı sürecek.

Araştırmacılar, evrende bu nesneleri bulmanın kolay olmasa da hala mümkün olduğuna inanıyor. Kara delikler gibi görünseler de, hala farklılıklar var. Örneğin, bir kara delikte, olay ufkunun ötesine düşen gaz, X-ışınları yaymayı hemen durdururken, (olay ufku olmayan) bir solucan deliğine düşen gaz bunu yapmaya devam eder. Bu arada, gazın bu davranışı yakın zamanda Hubble tarafından geleneksel olarak büyük kütleli bir kara delik olarak kabul edilen Sagittarius A* nesnesinin yakınında kaydedildi. Ancak gazın davranışına bakılırsa, kararlı bir solucan deliği olabilir.

Klayhouse grubunun konseptine göre solucan deliklerinin varlığına işaret eden başka işaretler de olabilir. Teorik olarak, teleskop yanlışlıkla yıldızlı gökyüzünün kendi sektörüne döndürülürse, gökbilimcilerin solucan deliğinin arkasındaki resmin yetersizliğini doğrudan not edecekleri bir durum varsayılabilir. Bu durumda, astronomların bu yerde gerçekten olması gerekenden kolayca ayırt edebilecekleri onlarca veya yüzlerce ışık yılı boyunca bir resim gösterecek. Yıldızın yerçekimi (eğer solucan deliğinin diğer tarafındaysa), solucan deliğinin yakınından geçen uzak yıldızların ışığını da bozabilir.

Yunan ve Alman fizikçilerinin çalışmalarının, tamamen teorik olmasına rağmen, astronomlar için çok önemli olduğuna dikkat edilmelidir. Her şeyi ilk kez sistematize ediyor olası işaretler gözlenebilen solucan delikleri. Böylece onun rehberliğinde bu tüneller tespit edilebilir. Yani, bilim adamları artık tam olarak neyi aramaları gerektiğini biliyorlar.

Öte yandan, Klayhouse grubunun modeli doğruysa, solucan deliklerinin insanlık için değeri keskin bir şekilde azalır. Ne de olsa, diğer dünyalara tek seferlik bir geçiş sağlamıyorlar. Tabii ki, özelliklerinin hala incelenmesi gerekse de - birdenbire başka bir şey için kullanışlı olacaklar ...