Джётирадитадан сұраңыз: - WormHole, Singularity

Timetravel жұмбақ

Ғарышта адамзаттың болашағына деген құлшынысымның бір өзекті мәселесі бар. Біз жұмсақ ет сусындарымыз, көбіне су, ал басқа жұлдыздар шынымен алыс. Ғарышқа ұшудың ең оптимистік технологияларымен біз адамзат өмірінде ешқашан басқа жұлдызға жете алмаймыз.

Шындық бізге ең жақын жұлдыздардың да түсініксіз түрде алыста екенін және саяхат жасау үшін көп энергия немесе уақытты қажет ететіндігін айтады. Шындыққа сәйкес, бізге бірнеше жүздеген немесе мыңдаған жылдарға созылатын кеме қажет болады, ал ұрпақтан кейінгі ғарышкерлер туылып, өмір сүріп, басқа жұлдызға ауысуда өледі.

Екінші жағынан, ғылыми фантастика бізді өзінің қозғаушы күшін тарту әдісімен таң қалдырады. Айналмалы қозғалтқышты бұраңыз және жұлдыздардың бізден өтіп бара жатқанын көріңіз, Альфа Кентаврге саяхат жылдам ләззат алу сияқты.

Сіз одан да оңай нәрсені білесіз бе? Құрт шұңқыры; кеңістіктегі және уақыттағы екі нүктені бір-бірімен байланыстыратын сиқырлы шлюз. Шеврондарды тағайындалған бағытта теру үшін туралаңыз, жұлдыз қақпағының тұрақталғанын күтіңіз, содан кейін жаяу жүріңіз ... жүріңіз! мақсатыңызға жарты галактика.

Ия, бұл өте жақсы болар еді. Біреу бұл құрттарды ойлап тауып, интергалактикалық жылдам жүрудің жаңа болашағын ойлап табуы керек. Вормольдер дегеніміз не, және оны пайдалануға дейін қанша уақыт?

Эйнштейн-Розен көпірі деп те аталатын құрт - бұл кеңістіктегі екі орынды бір-біріне қосуға болатын уақыт пен уақытты жинаудың теориялық әдісі. Содан кейін сіз бірден бір жерден екінші жерге саяхат жасай аласыз.

Біз классикалық демонстрацияны Interstellar фильмінен қолданамыз, онда екі нүктеден сызық сызып, қағаз бетіне түсіріп, содан кейін сапарды қысқарту үшін қағазды бүктеп, қаламмен орап аламыз. Бұл қағазда жақсы жұмыс істейді, бірақ бұл нақты физика ма?

Эйнштейн үйреткендей, ауырлық күші магнит сияқты затты тартып тұратын күш емес, ол шынымен ғарыштық уақытты өзгертеді. Ай оны тек ғарыш арқылы түзу сызық бойынша жүреді деп ойлайды, бірақ ол Жердің ауырлық күшімен құрылған дұрыс емес жолмен жүреді.

Эйнштейн мен физик Натан Розеннің айтуы бойынша, сіз ғарыштық уақытты соншалықты тығыз байланыстыра аласыз, сондықтан екі нүкте бірдей орналасқан жерді бөледі. Егер сіз барлығын орнықты ұстай алсаңыз, ғарыштық уақыттың екі аймағын мұқият бөліп ала аласыз, сонда олар бірдей орналасады, бірақ сіз қалаған қашықтыққа бөлінеді.

Құрт шұңқырының бір жағындағы гравитациялық құдыққа көтеріліп, содан кейін бірден басқа жерде пайда болады. Миллиондаған немесе миллиардтаған жарық жылы. Құрттарды жасауға теориялық тұрғыдан мүмкін болғанымен, олар қазіргі уақытта біз түсінетін нәрселерден іс жүзінде мүмкін емес.

Бірінші үлкен проблема - бұл жалпы салыстырмалылық бойынша құрттардың өтпеуі. Сондықтан мұны есте сақтаңыз; осы заттарды болжайтын физика оларды тасымалдау әдісі ретінде қолдануға тыйым салады. Бұл оларға қарсы айтарлықтай ауыр соққы.

Екіншіден, құрттар пайда болса да, олар толығымен тұрақсыз болып, олар пайда болғаннан кейін бірден құлап кетеді. Егер сіз бір аяғымен жүруге тырыссаңыз, онда сіз сондай-ақ қара шұңқырға түсуіңіз мүмкін.

Үшіншіден, егер олар өтілсе де, тұрақты күйде сақталса да, кез-келген материал өтуге тырысқан сәтте - тіпті жарық фотоны да - бұл олардың құлдырауына әкеледі.

Үміт сәулесі бар, бірақ физиктер ауырлық күші мен кванттық механиканы қалай біріктіру керектігін әлі білмеген.

Бұл Әлемнің өзі біз әлі түсінбейтін құрттар туралы білуі мүмкін дегенді білдіреді. Бүкіл ғаламның ғарыш кеңістігі бір-біріне жақын болған кезде олар Үлкен жарылыстың бөлігі ретінде табиғи түрде жаратылған болуы мүмкін.

Астрономдар ғарышта құрттарды іздеуді олардың ауырлық күші артындағы жұлдыздардан қалай ажырататындығын іздеуді ұсынды. Ешқайсысы әлі келген жоқ.

Мүмкіндіктің бірі - құрттардың табиғи түрде пайда болуы, біз білетін виртуалды бөлшектер сияқты. Мұнымен қатар, Планк шкаласы бойынша түсініксіз болуы мүмкін. Сізге кішірек ғарыш кемесі керек болады.

Құрттардың ең қызықты әсерінің бірі - бұл уақытында саяхаттауға мүмкіндік беру.

Міне, осылай жұмыс істейді. Алдымен лабораторияда құрт шұңқырын жасаңыз. Содан кейін құрт тесікшесінің бір ұшын алып, оны ғарыш кемесіне қойып, жарық жылдамдығының едәуір пайызында ұшып кетіңіз, сонда уақыттың кеңеюі күшіне енеді.

Ғарыш кемесінде болған адамдар үшін бірнеше жыл болады, ал жер бетіндегі адамдар үшін жүздеген, тіпті мыңдаған болуы мүмкін. Егер сіз гильзаны тұрақты, ашық және өтпелі етіп сақтай алсаңыз, содан кейін ол арқылы өту қызықты болады.

Егер сіз бір бағытта жүрсеңіз, сіз тек құрт тесіктері арасындағы қашықтықты қозғалтып қана қоймай, сонымен бірге сіз құрт шұңқырының басынан өткерген уақытқа дейін жүресіз. Бір бағытта жүріңіз, уақыт бойынша алға жылжыңыз, басқа жолмен: уақыт бойынша артқа қарай жүріңіз.

Леонард Сусскинд сияқты кейбір физиктер бұл физикалық екі негізгі принципті бұзады, өйткені бұл жұмыс істемейді деп санайды: жергілікті энергияны үнемдеу және энергияның уақытқа қатысты белгісіздік принципі.

Өкінішке орай, құрттарды ғылыми фантастика саласында жақын болашақта және мүмкін мәңгі қалуға тура келетін сияқты. Егер сіз құрттарды құруға мүмкін болса да, сіз оларды тұрақты және ашық күйде ұстайсыз, содан кейін заттардың құлап кетуіне жол бермеу керек. Егер біз оны анықтай алсақ, бұл ғарышқа саяхаттауды өте ыңғайлы етеді.

Қара саңылаулар сияқты, құрт тәрізділер Альберт Эйнштейннің салыстырмалылықтың жалпы теориясының дұрыс шешімдері ретінде пайда болады және қара саңылаулар сияқты, бұл сөз тіркесін американдық физик Джон Уилер жасаған (1957 ж.). Сондай-ақ, қара тесіктер сияқты, олар ешқашан тікелей байқалмады, бірақ олар теория бойынша соншалықты тез өседі, сондықтан кейбір физиктер шынайы контрасттарды табу немесе ойдан шығаруға болады деп ойлауға кеңес береді.

1916 жылы австриялық физик Людвиг Фламм Эйнштейн өрістерінің теңдеулеріне Карл Шварцшилдтың шешімін қарау кезінде, Шварцшильдің қара тесігі деп аталатын қара тесігінің белгілі бір формасын сипаттайтын тағы бір шешімнің де мүмкін екенін байқады, ол кейінірек пайда болған құбылысты сипаттады. «ақ шұңқыр» деп аталады. Ақ тесік - бұл қара тесіктің теориялық өзгеруі, ал қара тесік вакуум ретінде әрекет етіп, оқиға көкжиегін кесіп өткен кез-келген мәселеде сурет салса, ақ тесік материяны оқиға көкжиегінен шығаратын қайнар көзі ретінде әрекет етеді. Кейбіреулер тіпті барлық қара саңылаулардың «басқа жағында» ақ тесік бар деп болжайды, бұл жерде барлық қара тесігі барлық альтернативті әлемде жарылады, тіпті Үлкен жарылыс деп ойлайтынымыз да бар. іс жүзінде осындай құбылыстың нәтижесі болды.

Сондай-ақ, Фламм ғарыштық уақыттың екі түрлі аймағын сипаттайтын екі шешім кеңістік-уақыттық өткізгіштің бір түрімен математикалық түрде байланысуы мүмкін екенін және теория бойынша, кем дегенде, «кіру» және «шығу» ақ саңылауларының пайда болуы мүмкін екенін байқады. бір ғаламның мүлде басқа бөліктерінде немесе тіпті әртүрлі ғаламдарда бол! Эйнштейннің өзі бұл идеяларды одан әрі 1935 жылы Натан Розенмен бірге зерттеді және екеуі де Эйнштейн-Розен көпірі деп аталатын шешімге қол жеткізді (сонымен қатар лоренцалық құрт немесе Шварцшильд құртының атымен белгілі).

Құрт тәрізді тесікшені жақсы елестету үшін, оған екі қарындаш таңбасы бар қағаздың ұқсастығын қарастырыңыз (кеңістіктегі уақыттың екі нүктесін көрсету үшін), олардың арасындағы сызық қалыпты кеңістік уақытында бір нүктеден екінші нүктеге дейінгі қашықтықты көрсетеді. . Егер қазір қағаз бүгіліп, екі есе бүктелген болса (кеңістік уақытының эквиваленті өзгереді), онда қарындашты қағазға тигізу екі нүктені байланыстырудың анағұрлым қысқа әдісін қамтамасыз етеді, ғарыштық уақыт бойынша қысқартылғанды ​​ұнатады. құрт.

Кейбір теоретиктерге нағыз контрагенттер ақырында табылуы немесе ойдан шығарылуы мүмкін және алыс нүктелер арасында ғарыштық жылдамдықпен жүру үшін немесе тіпті уақытты саяхаттау үшін туннель немесе қысқартқыш ретінде пайдаланылуы мүмкін (барлық мүмкін парадокстармен бірге болуы мүмкін) деп ойлауға кеңес беріледі. ). Алайда, құрттардың көпшілік мойындаған қасиеті - бұл олардың өте тұрақсыз және басқа жаққа өтуіне қарағанда әлдеқайда қысқа уақыт ішінде құлап кетуі мүмкін. Қалай болғанда да, егер материяның ең аз мөлшері (тіпті бір фотон) олардан өтуге тырысса, олар тез арада ыдырайды деп болжанады.

Бұл проблеманың теориялық жолдары ұсынылғанына қарамастан (мысалы, «ғарыштық жолдарды» немесе «теріс материяны» немесе «теріс энергия» бар басқа экзотикалық заттарды) құрттың шұңқырдың жабылып қалуына жол бермеу үшін, идея негізінен қалады. ғылыми фантастика саласы. Алайда, теріс энергиялық тығыздығы бар экзотикалық заттардың кез-келгені құрттарға өте қажет екендігі математикалық түрде дәлелденген жоқ, сонымен бірге мұндай экзотикалық заттың болуы мүмкін емес екендігі анықталған жоқ, сондықтан оны практикалық қолдану мүмкіндігі теория әлі де сақталады.

Ветворкалар тек кеңістік арқылы ғана емес, 4 өлшемді кеңістік-уақыт өткізгіші болғандықтан, Стивен Хокинг және басқалар сонымен бірге құрттардың теориялық тұрғыдан уақыт бойынша да, ғарыш арқылы да пайдаланылуы мүмкін деп санайды, бірақ бұл уақыт кең таралған деп санайды. өткенге саяхат ешқашан мүмкін емес, өйткені парадокстар мен өздігінен жойылатын кері байланыс ілмектері болуы мүмкін.

Ерекшелік

Қара шұңқырдың ортасында гравитациялық сингулярлық, шексіз кішкентай кеңістікте үлкен массасы бар бір өлшемді нүкте орналасқан, онда тығыздығы мен ауырлық күші шексіз және кеңістік-уақыт қисықтары шексіз болады, және біз білетін физика заңдары тоқтаған жерде. жұмыс істеу үшін. Көрнекті американдық физик Кип Торн сипаттағанындай, бұл «барлық физика заңдарының бұзылатын жері».

Қазіргі теория, объект қара тесікке түсіп, орталықтағы жекелікке жақындаған кезде, оның әр түрлі бөліктеріндегі гравитациялық тартылыс дифференциациясының артуына байланысты созылып кетеді немесе «спагетталды» болады деп болжайды. біртектілікке айналады. Сырттағы қауіпсіз қашықтықтан бақылаушы болса, бұл оқиғаға басқаша қарау керек еді. Салыстырмалылық теориясына сәйкес, олар қара тесікке жақындап, оқиға көкжиегінде толық тоқтағанға дейін, ешқашан қара тесікке түспегенше, объект баяу және баяу қозғалатынын көрер еді.

Ерекшеліктің болуы көбінесе жалпы салыстырмалылық теориясының бұзылғандығының дәлелі ретінде қабылданады, бұл кванттық эффект маңызды болуы керек жағдайларда пайда болатындықтан, күтпеген жайт емес. Болашақта біріккен кванттық ауырлық теориясы (мысалы, суперструстардағы қазіргі зерттеу) қара тесіктерді сингулярлық сипаттамасыз суреттей алады, бірақ мұндай теория әлі көптеген жылдарға созылады.

«Космостық цензура» гипотезасына сәйкес, қара шұңқырдың ерекшелігі оқиғаның көкжиегінде жасырын қалады, өйткені ол әрдайым жарықтың қашып кетуіне жол бермейтін, сондықтан оны тікелей байқауға болмайтын аймақпен қоршалған. Гипотезаның жалғыз ерекшелігі («жалаңаш» деп аталады) алғашқы Үлкен жарылыстың өзі.

Өз табиғаты бойынша біз ешқашан қара шұңқырдың ортасындағы жалғыздықты толық сипаттай алмаймыз немесе түсінбейтін сияқтымыз. Бақылаушы сигналдарды қара тесікке жібере алатынына қарамастан, қара тесіктің ішіндегі ешнәрсе ешқашан оның сыртындағы заттармен байланыса алмайды, сондықтан оның құпиялары мәңгіге қауіпсіз болып көрінетін.

Джётирадитя