Žvaigždžių visata kupina daugybės paslapčių. Pagal Einšteino sukurtą bendrąją reliatyvumo teoriją (GR) gyvename keturmatėje erdvėlaikyje. Jis yra išlenktas, o gravitacija, pažįstama mums visiems, yra šios savybės apraiška. Medžiaga lenkia, „lenkia“erdvę aplink save, ir kuo daugiau, tuo ji tankesnė. Erdvė, erdvė ir laikas yra labai įdomios temos. Perskaitę šį straipsnį tikrai sužinosite apie juos kažką naujo.
Kreivumo idėja
Daugelis kitų gravitacijos teorijų, kurių šiandien yra šimtai, detalėmis skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos. Tačiau visos šios astronominės hipotezės išlaiko pagrindinį dalyką - kreivumo idėją. Jei erdvė yra išlenkta, galime manyti, kad ji gali būti, pavyzdžiui, vamzdžio, jungiančio sritis, kurias skiria daug šviesmečių, formos. Ir galbūt net vienas nuo kito nutolusios eros. Juk kalbame ne apie mums pažįstamą erdvę, o apie erdvėlaikį, kai svarstome kosmosą. Jame skylėpasirodo tik esant tam tikroms sąlygoms. Kviečiame iš arčiau pažvelgti į tokį įdomų reiškinį kaip kirmgraužos.
Pirmos idėjos apie kirmgraužas
Gili erdvė ir jos paslaptys vilioja. Mintys apie kreivumą atsirado iškart po GR paskelbimo. Austrų fizikas L. Flammas jau 1916 metais pasakė, kad erdvinė geometrija gali egzistuoti savotiškos skylės, jungiančios du pasaulius, pavidalu. Matematikas N. Rosenas ir A. Einšteinas 1935 metais pastebėjo, kad paprasčiausi lygčių sprendiniai bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose, apibūdinantys izoliuotus elektrinio krūvio arba neutralius š altinius, sukuriančius gravitacinius laukus, turi erdvinę „tilto“struktūrą. Tai yra, jie jungia dvi visatas, dvi beveik plokščias ir identiškas erdvėlaikes.
Vėliau šios erdvinės struktūros tapo žinomos kaip „kirmgraužos“, kuri yra gana laisvas angliško žodžio wormhole vertimas. Artimesnis jo vertimas yra „kirmgrauža“(erdvėje). Rosenas ir Einšteinas net neatmetė galimybės panaudoti šiuos „tiltus“elementarioms dalelėms apibūdinti padedant. Iš tiesų, šiuo atveju dalelė yra grynai erdvinis darinys. Todėl nereikia specialiai modeliuoti krūvio š altinio ar masės. Ir tolimas išorinis stebėtojas, jei kirmgrauža yra mikroskopinių matmenų, vienoje iš šių erdvių mato tik taškinį š altinį su krūviu ir mase.
Einšteino-Roseno „Tiltai“
Elektrinės jėgos linijos į urvą patenka iš vienos pusės, o iš kitos pusės išeina niekur nesibaigdamos ir neprasidėjusios. Amerikiečių fizikas J. Wheeleris ta proga sakė, kad gaunamas „krūvis be krūvio“ir „masė be masės“. Šiuo atveju visai nebūtina manyti, kad tiltas yra skirtas sujungti dvi skirtingas visatas. Ne mažiau tinkama būtų prielaida, kad abi kirmgraužos „burnos“išeina į tą pačią visatą, tačiau skirtingu laiku ir skirtinguose jos taškuose. Pasirodo kažkas panašaus į tuščiavidurę „rankeną“, jei ji prisiūta prie beveik plokščio pažįstamo pasaulio. Jėgos linijos patenka į burną, kurią galima suprasti kaip neigiamą krūvį (tarkime, elektroną). Burna, iš kurios jie išeina, turi teigiamą krūvį (pozitroną). Kalbant apie mases, jos bus vienodos abiejose pusėse.
Einšteino-Rozeno „tiltų“formavimo sąlygos
Šis paveikslas, nepaisant viso savo patrauklumo, neįgijo dalelių fizikoje dėl daugelio priežasčių. Nelengva priskirti kvantines savybes Einšteino-Roseno „tiltams“, kurie yra būtini mikropasaulyje. Toks „tiltas“iš viso nesudaromas žinomoms dalelių (protonų ar elektronų) krūvių ir masių vertėms. „Elektrinis“sprendimas numato „pliką“singuliarumą, ty tašką, kuriame elektrinis laukas ir erdvės kreivumas tampa begaliniai. Tokiais taškais sąvokaerdvėlaikis, net ir kreivumo atveju, praranda prasmę, nes neįmanoma išspręsti lygčių, turinčių begalinį skaičių terminų.
Kada GR nepavyksta?
Pati OTO tiksliai nurodo, kada nustoja veikti. Ant kaklo, siauriausioje "tilto" vietoje, yra jungties lygumo pažeidimas. Ir reikia pasakyti, kad tai gana nereikšminga. Iš tolimo stebėtojo padėties laikas sustoja ties šiuo kaklu. Tai, ką Rosenas ir Einšteinas manė, buvo gerklė, dabar apibrėžiama kaip juodosios skylės įvykių horizontas (nesvarbu, ar ji įkrauta, ar neutrali). Spinduliai ar dalelės iš skirtingų „tilto“pusių patenka į skirtingas horizonto „atkarpas“. O tarp kairiosios ir dešiniosios jo dalių, santykinai kalbant, yra nestatinė sritis. Norint pravažiuoti teritoriją, neįmanoma jos nepravažiuoti.
Negalėjimas praeiti pro juodąją skylę
Atrodo, kad erdvėlaivis, artėjantis prie palyginti didelės juodosios skylės horizonto, sustingsta amžiams. Vis rečiau signalai iš jo pasiekia… Priešingai, horizontas pagal laivo laikrodį pasiekiamas per ribotą laiką. Kai laivas (šviesos spindulys ar dalelė) jį praplaukia, jis greitai susidurs su singuliarumu. Čia kreivumas tampa begalinis. Singuliarume (vis dar pakeliui į jį) išplėstas kūnas neišvengiamai bus suplėšytas ir sutraiškytas. Tai juodosios skylės veikimo tikrovė.
Tolimesni tyrimai
1916–1917 m. Buvo gauti Reisner-Nordström ir Schwarzschild sprendimai. Juosesferiškai apibūdina simetriškas elektriškai įkrautas ir neutralias juodąsias skyles. Tačiau fizikai sugebėjo visiškai suprasti sudėtingą šių erdvių geometriją tik šeštojo ir šeštojo dešimtmečių sandūroje. Būtent tada D. A. Wheeleris, žinomas dėl savo darbų gravitacijos teorijos ir branduolinės fizikos srityje, pasiūlė terminus „kirmgrauža“ir „juodoji skylė“. Paaiškėjo, kad Reisner-Nordström ir Schwarzschild erdvėse tikrai yra kirmgraužų. Jos visiškai nematomos tolimam stebėtojui, kaip juodosios skylės. Ir, kaip ir jie, kirmgraužos erdvėje yra amžinos. Bet jei keliautojas prasiskverbia už horizonto, jie taip greitai subyra, kad per juos negali praskristi nei šviesos spindulys, nei masyvi dalelė, o ką jau kalbėti apie laivą. Norint skristi į kitą burną, aplenkiant singuliarumą, reikia judėti greičiau nei šviesa. Šiuo metu fizikai mano, kad supernovų energijos ir materijos greičiai iš esmės neįmanomi.
Schwarzschildo ir Reisner-Nordström juodosios skylės
Švarcšildo juodoji skylė gali būti laikoma neįveikiama kirmgrauža. Kalbant apie Reisnerio-Nordström juodąją skylę, ji yra šiek tiek sudėtingesnė, bet ir nepravažiuojama. Vis dėlto nėra taip sunku sugalvoti ir apibūdinti erdvėje esančias keturmates kirmgraužas, kurias būtų galima pervažiuoti. Jums tereikia pasirinkti reikiamą metrikos tipą. Metrinis tenzorius arba metrika yra reikšmių rinkinys, kurį galima naudoti apskaičiuojant keturmačius intervalus tarp įvykių taškų. Šis verčių rinkinys visiškai apibūdina gravitacinį lauką irerdvės ir laiko geometrija. Geometriškai perkeliamos kirmgraužos erdvėje yra dar paprastesnės nei juodosios skylės. Jie neturi horizontų, kurie laikui bėgant veda į kataklizmus. Skirtingais taškais laikas gali bėgti skirtingu tempu, tačiau jis neturėtų sustoti ar be galo greitėti.
Dvi kirmgraužų tyrimo linijos
Gamta užkirto kelią kirmgraužų atsiradimui. Tačiau žmogus sutvarkytas taip, kad jei yra kliūtis, visada atsiras norinčių ją įveikti. Ir mokslininkai nėra išimtis. Kirmgraužų tyrinėjimu užsiimančių teoretikų darbus sąlyginai galima suskirstyti į dvi sritis, kurios viena kitą papildo. Pirmasis susijęs su jų pasekmių svarstymu, iš anksto darant prielaidą, kad kirmgraužos tikrai egzistuoja. Antrosios krypties atstovai bando suprasti, iš ko ir kaip jie gali atsirasti, kokios sąlygos būtinos joms atsirasti. Šios krypties darbų yra daugiau nei pirmojoje ir, ko gero, įdomesni. Ši sritis apima kirmgraužų modelių paiešką, taip pat jų savybių tyrimą.
Rusijos fizikų pasiekimai
Kaip paaiškėjo, medžiagos, kuri yra sliekų skylių kūrimo medžiaga, savybės gali būti įgyvendintos dėl kvantinių laukų vakuumo poliarizacijos. Tokią išvadą neseniai padarė rusų fizikai Sergejus Suškovas ir Arkadijus Popovas kartu su ispanų tyrinėtoju Davidu Hochbergu ir Sergejumi Krasnikovu. Vakuumas šiuo atveju nėratuštuma. Tai kvantinė būsena, kuriai būdinga mažiausia energija, tai yra laukas, kuriame nėra tikrų dalelių. Šiame lauke nuolat atsiranda „virtualių“dalelių poros, kurios išnyksta prieš jas aptinkant prietaisams, tačiau palieka savo pėdsaką energijos tenzoriaus, tai yra neįprastų savybių impulso, pavidalu. Nepaisant to, kad materijos kvantinės savybės daugiausia pasireiškia mikrokosmose, jų sukurtos kirmgraužos tam tikromis sąlygomis gali pasiekti didelius dydžius. Vienas iš Krasnikovo straipsnių, beje, vadinasi „Kirmgraužių grėsmė“.
Filosofijos klausimas
Jei kada nors bus pastatytos ar atrastos kirmgraužos, filosofijos sritis, susijusi su mokslo aiškinimu, susidurs su naujais iššūkiais, turiu pasakyti, kad ir labai sunkiais. Nepaisant viso, atrodytų, absurdiško laiko kilpų ir sunkių priežastingumo problemų, ši mokslo sritis tikriausiai kada nors tai išsiaiškins. Lygiai taip pat, kaip jie sprendė kvantinės mechanikos ir Einšteino sukurtos reliatyvumo teorijos problemas. Erdvė, erdvė ir laikas – visi šie klausimai domino įvairaus amžiaus žmones ir, matyt, visada domėsis mus. Jų iki galo pažinti beveik neįmanoma. Mažai tikėtina, kad kosmoso tyrinėjimai kada nors bus baigti.
