Гипотеза кротовой норы

Гипотеза кротовой норы

Гипотеза кротовой норы

Определение 1

Кротовая нора – это гипотетические относительно узкие «мосты» («перемычки») между относительно большими или бесконечными по размерам областями пространства, которые связаны со значительным искривлением пространства-времени.

Около самого узкого участка кротовой норы имеется горловина. Горловина кротовой норы – это двумерная поверхность, имеющая минимальную площадь, которая не допускает дальнейшего непрерывного стягивания.

Условие наличия пары больших областей, которые разделяет горловина, означает, что функция $r=e{\beta}(u)$, равная при любом значении $u$ радиусу координатной сферы $u=const$, $t=const$, должна обладать регулярным минимумом $r=r_{min}>0$ при какой то величине $u$ и иметь значения $r \gg r_{min}$ на удалении от этого минимума.

Отсутствие горизонтов — это второе условие для кротовой норы, означающее беспрепятственную двустороннюю проходимость этого объекта. Для метрики пространства это условие означает, что: $g_{tt}=e{2\gamma}>0$ для всего диапазона значений радиальной координаты.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Самый простой вид метрики кротовой норы можно записать как:

$d s2=dt2-du2-(u_2+a2)d \Omega2 (1),$

где $a$ > $0$.

Общая теория относительности не отрицает наличие кротовых нор. Однако, для того чтобы нора существовала ее должна заполнять материя, которая обладает отрицательной плотностью энергии, для создания сильного гравитационного отталкивания. Это отталкивание должно предотвращать схлопывание кротовой норы.

Почти сразу после создания Эйнштейном общей теории относительности ученые стали выдвигать предположения о том, что получится в результате сильного пространственно-временного искривления.

Так, в год появления ОТО К. Шварцшильд получил свое известное решение, которое описывает простейшую черную дыру. Тогда же Л. Фламм заметил, что решение Шварцшильда описывает подобие моста, который связывает пару миров (или части одного мира).

Кротовая нора или машина времени?

Теории кротовых нор условно можно разделить на два направления:

  • В одних теориях, которые считают существование кротовых нор доказанным, строят гипотезы, как их можно использовать.
  • Другие теории описывают условия, при которых кротовые норы возникают и каковы их свойства.

Допустим, что кротовая нора соединяет разные области одного пространственно-временного континуума. Эта кротовая нора является стабильной. Вне нее пространство и время практически плоское, в нем выполняются законы специальной теории относительности. В этом случае кротовая нора может выполнять роли:

  • тоннеля между Галактиками,
  • ускорителя,
  • машины времени.

Рассматриваемая нами кротовая нора обладает двумя асимптотиками, которые являются плоскими. С каждой из асимптотик можно связать инерционную систему отсчета, в которой покоится устье кротовой норы. Нет законов, которые указывали бы, что для двух устьев имеется одна система отсчета.

Но если мы имеем одну систему отсчета, то не означает, что в тех частях пространства, где локализованы устья, часы имеют общую синхронизацию. Нет основания утверждать, что путешествуя по кротовой норе, попадешь в то же время, если часы согласованы (метрика Минковского является инвариантной по отношению к сдвигам во времени).

Иначе говоря, если имеются данные, куда приведет рассматриваемая кротовая нора, то не известно, когда она это сделает.

То, что метрика Минковского инвариантна по отношению к преобразованиям при переходе от одной системы отсчета к другой, приводит к тому, что выходя из кротовой норы путешествующий способен перемещаться с любой скоростью, меньшей скорости света (по отношению к исходной системе отсчета) и окружающим телам.

Расположение устьев кротовой норы в пространстве – времени определяют функционал кротовой норы.

Допустим, что создана кротовая нора, имеющая макроскопические параметры. При этом от одного устья до другого можно переместиться на несколько секунд. Сами устья находятся относительно недалеко друг от друга, например, в пространстве Земли.

Обозначим одно устье цифрой 1. Это устье будет неподвижно. Устье 2 будет перемещаться со скоростью, близкой к скорости света. Резко уменьшим скорость устья 2 около устья 1.

В результате замедления хода часов (специальная теория относительности) в движущейся системе, в сравнении с неподвижной, в устье 2 пройдет времени меньше, чем в устье 1.

Разница во времени зависит от скорости перемещения.

Замечание 1

Так, кротовая нора, пребывающая в стационарном состоянии, имеющая макроскопические размеры, с устьями, находящимися на небольшом расстоянии может являться машиной времени.

Гипотезы моделей кротовых нор

В общей теории относительности присутствует много решений, которые относят к описанию кротовых нор и иных пространств с замкнутыми петлями времени. Однако, не все эти решения считаются реальными.

Многие ученые сделали вывод о том, что реалистичные модели кротовых нор получаются, если в классическую теорию поля вводят фантомные поля.

Перспективной с точки зрения построения модели кротовой норы является рассмотрение квантовых явлений.

В науке имеется теория пространственно-временной пены, существование которой предполагается в планковских масштабах, из-за значительных квантовых флуктуаций геометрии и топологии. Компонентами такой пены, кроме прочего, служат кротовые норы.

На макроскопическом уровне пространственно-временная пена незаметна. Однако, в ранней Вселенной, когда происходила крайне быстрая инфляция, часть кротовых нор могла иметь шанс вырасти до размеров макроскопических.

Некоторые ученые полагают, что такие кротовые норы, имеющие размеры килопарсек создают хаотическую сеть во Вселенной. При этом однородная и изотропная Вселенная (в моделях), получается как усреднение.

Главным вопросом такой теории остается вопрос об источнике, поддерживающем существование кротовых нор огромных размеров, после того как они перестали быть кротовыми норами размера Планка. Возможно, что квантовая поляризация вакуума может поддерживать статичные кротовые норы любых размеров.

Эффекты кротовых нор

Самыми распространенными эффектами в которых может проявляться специфика кротовых нор могут быть:

  • рассмотрение дальних частей Вселенной через горловину кротовой норы, и мимо этой норы с разными красными смещениями;
  • особенные ускорения элементарных частиц, несущих заряд в результате действия на них магнитных полей, имеющих радиальную структуру;
  • специфические орбиты тел, движущихся недалеко от устьев кротовых нор, например, осцилляции около горловины (при минимальном гравитационном потенциале);
  • отклонение лучей света вблизи кротовых нор, которое отлично от линзирования черными дырами.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/fizicheskie_gipotezy/gipoteza_krotovoy_nory/

Кротовая нора или машина времени?

Во время исследования такого явления, как физическая кротовая норма, ученые пришли к выводу, что оно не однородно и имеет несколько направлений.

Многие ученые не подвергали сомнению наличие кротовых норм, они уже приступили к построению вариантов, как можно их использовать и дальше изучать.

Но есть и ряд теорий, которые основаны на первоначальном изучении такого явления, как кротовые норы.

В случае если кротовая нора выступает как соединительное звено нескольких частей, которые находятся в одном временном пространстве, то ее можно назвать стабильной.

Однако, когда она выходит за пределы конкретного пространства, то время становится плоским, тогда в дело вступают принципы теории относительности. Тогда кротовая нора может выступать в качестве своеобразного пути между разными Галактиками.

Она может ускорять время, а соответственно стать так называемой машины времени, которая может переместить предмет в будущее.

Ученые не выявили хода движения по кротовой норе. Нет точных данных, что произойдет, если человек или материальный объект попадает в эту нору, попадет ли он в то же самое место, только в будущем или нет, не установлено.

Если в кротовой норе действует макроскопические параметры, то от одного устья до другого можно осуществить перемещение за считанные секунды.

Если дать обозначения для устий, как один и два, то первое будет оставаться в покое. Во втором устье будут осуществляться перемещения, скорость которых сходна или приближена к скорости света. Если замедлить движение времени и сравнить движение в двух устьях, то в устье 2 пройдет времени меньше, чем в устье 1. Разница во времени зависит от скорости перемещения.

Замечание 1.
Статичная кротовая нора может выступать в качестве машины времени.

Гипотезы моделей кротовых нор

Теория относительности имеет множество различных вариантов объяснения явления кротовых нор. Многие из них не заслужили всеобщего признания среди ученых. Специалисты сошлись во мнение, что самые достойные модели кротовых нор можно получить лишь в том случае, если добавить в привычную теорию фантомное поле. Кроме того, предлагается рассматривать квантовые явления.

Нельзя не упомянуть существование в науке теории пространственно-временной пены. Она предполагает масштабы Планка. Именно кротовые норы составляют пену.

Данную пену невозможно обнаружить на макроскопическом уровне. Но когда существование Вселенной только начиналось, то процесс образования кротовых норм был крайне высок, отсюда можно было вычислить большое содержание пены.

Многие исследователи выдвигают предположение о том, что именно кротовые нормы участвуют в образование Вселенной.

Одним из основных вопросов данной теории является вопрос об источнике тех самых кротовых норм. Есть еще одно предположение о том, что квантовая поляризация вакуума может поддерживать статичные кротовые норы любых размеров.

Эффекты кротовых нор

Ученые долгое время занимались изучением эффекта кротовых нор. Проанализировав ряд работ, можно найти наиболее частые эффекты. Одним из них является эффект, который был обнаружен на окраинах Вселенной.

Например, красные смещения или радикальная структура элементарных частиц, которые переносят заряд из-за действия на них силы магнитных полей. Кроме того, это особенности в строение орбиты тел, которые движутся максимально близко к устьям кротовых нор.

Наконец, одним из самых важных эффектов является отклонение лучей света в непосредственной близости от кротовых нор. Оно отличается от того отклонения лучей, которое можно наблюдать в близи от черных дыр.

Это лишь самые распространенные эффекты, которые рассматривают в своих работах выдающиеся ученые физики. Кроме названных эффектов существует и ряд других, которые на данный момент исследуются и изучаются, чтобы потом так же быть представленными миру.

Таким образом, существование кротовых нор подвергается активному изучению. Физики используют различные методы, которые помогают определить точную величину, которую может иметь одна кротовая нора, а так же ее устье. Кроме того, выдвигаются гипотезы о наличие так называемой пены, которую образуют кротовые норы.

Ученые еще не пришли к единому мнению о характере течения времени в кротовых норах. Многие считают, что оно замедляется или протекает без изменений. Но многие и предполагают, что кротовая нора может выполнять роль машины и времени.

Это не может быть исключено, потому что то, с какой скоростью идет время в пределах кротовой норы точно неизвестно.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/gipoteza-krotovoj-nori/

Что такое Червоточина? Исследования по созданию Кротовых нор

Гипотеза кротовой норы

Еще в фильме Интерстеллар в самом начале говорится о кротовых норах, будто люди будущего, чтоб спасти Землю, создали кротовую нору рядом с сатурном. А с помощью кротовых нор, то есть червоточин, можно перемещаться по различным местам вселенной, однако это лишь гипотеза.

И недавно вышла статья где ученые дают инструкцию по созданию червоточины, то есть кротовой норы.

Червоточины – это своеобразные туннели, ведущие из одной области пространства-времени в другую. Их существование допускается современной физикой, но подобные объекты ещё не обнаружены.

Самым первым мечтателем, а заодно и создателем идеи построить мост из одной точки Вселенной в другую, стал американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер. Именно Уилер придумал такое понятие, как «кротовая нора», которое со временем перешло во все языки мира.

И в апреле 2019 года на свет вышла статья, в которой Гарвардские физики говорят о том, что туннели в пространстве-времени, соединяющие два отдаленных места во вселенной, вполне могут существовать. Но вряд ли они пригодны для быстрых перемещений.

Дело в том, что, по современным представлениям, для поддержания червоточины нужна экзотическая материя, обладающая отрицательной энергией.

Дэниел Джафферис (Daniel Jafferis) из Гарвардского университета вместе с коллегами построил теоретическую модель кротовой норы, для существования которой не требуется столь необычных субстанций. Входом и выходом червоточины, по мысли авторов, являются две чёрные дыры, находящиеся в состоянии квантовой запутанности друг с другом.

Но стоит отметить, что быстрые путешествия через эти туннели невозможны, путь через такую червоточину займет больше времени, чем если бы мы двигались по прямой, безо всяких ухищрений.

Впрочем, физики и не стремились изобрести межзвёздный транспорт.

Реальный смысл этой работы связан с информационной проблемой чёрной дыры и связями между гравитацией и квантовой механикой

Отметим, что науке пока не удалось согласовать между собой две крупнейшие физические теории XX века: общую теорию относительности (ОТО) и квантовую механику. Каждая из них проверена и успешно работает «в своём огороде».

ОТО занимается пространством, временем и гравитацией, а квантовая физика – поведением вещества в атомных и ещё меньших масштабах. Однако попытки применить две эти теории к одному и тому же объекту приводят к противоречивым результатам.

И так, раз уж мы затронули тему черных дыр, давайте разберем, какое отношение имеет червоточина к черной дыре.

Предположения о том, что черные дыры могут быть порталом в другие вселенные не ново. Об этом говорил британский физик-теоретик Стивен Хокинг, известный благодаря исследованию черных дыр. Предполагается, что при определенных обстоятельствах мы можем отправить сообщение через теоретически существующую червоточину, которая соединяет между собой черные дыры в разных вселенных.

Отметим, что Общая теория относительности (ОТО) допускает существование таких туннелей.

Однако, для того, чтобы червоточина являлась проходимой, нужны определенные условия.

Обязательным условием является то, что пространство-время должны иметь отрицательную кривизну. Кривизна пространства-времени это физическое явление, возникающее из-за расхождения или сближения траекторий свободно падающих тел. искривление пространства может быть положительным и отрицательным.

Благодаря предыдущим исследованиям, ученые узнали, что теоретическая передача информации через червоточины аналогична квантовой телепортации. Квантовая телепортация представляет собой способность передать свойства одной частицы другой.

Однако, в случае с кротовыми норами существуют ограничения в объемах передаваемой информации.

в июне 2019 года учеными из ЮАР была опубликована статья, в которой говорится о том, что через гипотетическую кротовую нору можно передать информацию, но очень маленькое количество, и то, в дальнейшем последствия будут разрушительными.

Обычно, если информация попадает в черную дыру, она достигает точки сингулярности и уже никогда не возвращается обратно. Но если одна черная дыра соединена с другой так называемой кротовой норой, и траектория сообщения выбрана правильно, информация, в теории, может войти с одной стороны и выйти с другой.

Физики из Ведущего университета Южной Африки использовали для изучения кротовых нор геометрию пространства-времени, описанную Эйнштейном в общей теории относительности. для упрощения Вычисления были сделаны для двумерной Вселенной, но будут верны и для трехмерной, как наша.

Результаты показали, что количество информации, которое можно передать через кротовую нору, составляет не более одного-двух квантовых битов. Для примера в квантовом компьютере наименьшей единицей информации является кубит, таким образом, вместо битов используются кубиты.

Также ученые отметили, что отправка сообщения изменит сами черные дыры: дыра-отправитель увеличится в массе, а дыра-получатель будет уменьшаться с каждым пакетом информации на 30%, пока не исчезнет совсем. Каждое последующее письмо будет меньше предыдущего.

А теперь вернемся к статье, о которой шла речь в самом начале.

Как мы узнали, проблемой червоточин является их экстремальная нестабильность.

Однако ученые нашли способ создания практически стабильной червоточины, которая схлопывается достаточно медленно, для того чтобы можно было успеть отправить через нее информацию или даже какой-нибудь предмет. Нам нужно будет несколько черных дыр и бесконечно длинные космические струны.

Для начала нужна сама червоточина, у которой должен быть вход и выход. Их функцию могут выполнять заряженные черные дыры. В таких дырах сингулярность черной дыры растягивается и искривляется, создавая проход к черной дыре с противоположным зарядом. Так появляется кротовая нора.

Однако, есть две проблемы: во-первых, эта червоточина все еще нестабильна. Во-вторых, две черные дыры с противоположным зарядом притянутся друг к другу из-за действия гравитационных и электрических сил и получится одна большая нейтрально заряженная и совершенно бесполезная черная дыра.

Потенциальное решение — космические струны, гипотетический реликтовый объект, напоминающий трещины в толще льда, только в нашем случае в пространстве и времени.

Если продеть струну в червоточину и протянуть концы в обе стороны до бесконечности, то натяжение в струне удержит две заряженные черные дыры от сближения.

Остается еще проблема нестабильности, чтобы ее решить, нужна еще одна струна, которую необходимо зациклить через обычное пространство между дырами. Космические струны замыкаются и начинают очень сильно вибрировать, создавая отрицательную массу внутри червоточины, тем самым, стабилизируя ее.

В статье команда физиков-теоретиков подробно описала каждый шаг этого плана. Конечно, у него есть и свои минусы. В частности, вибрации космических струн, которые делают червоточину стабильной, постепенно забирают энергию, а значит и массу струны, делая ее все тоньше и тоньше.

Но это лишь гипотеза, теоретическая математическая модель и не более.

Друзья, мы уже знаем, что будет очень много комментариев по поводу того, что это просто слова, теория без доказательств.

Действительно, это теория, которую в данный момент времени никто не может доказать, но это не говорит о том, что ей нет места в научном мире.

Мы лишь хотим просветить вас и рассказать об интересных исследованиях, которые проводили различные ученые.

Источники:

Статья с инструкцией по созданию стабильной кротовой норы: https://arxiv.org/abs/1908.03273

Информация о существовании туннелей в пространстве и времени: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190415090853.h…

Статья о количестве информации проходимой через кротовую нору: https://arxiv.org/abs/1906.10715

Доп. инфа:

https://www.livescience.com/building-a-wormhole-with-cosmic-…

https://hi-news.ru/space/kak-postroit-kosmicheskuyu-chervoto…

https://hightech.plus/2019/04/16/fiziki-dokazali-teoretiches…

Источник: https://pikabu.ru/story/chto_takoe_chervotochina_issledovaniya_po_sozdaniyu_krotovyikh_nor_6917922

Кротовые норы

Гипотеза кротовой норы
Кротовая нора или червоточина — это гипотетическая топологическая особенность пространства-времени, представляющая собой “туннель” в пространстве в каждый момент времени (пространственно-временной туннель). Тем самым кротовая нора позволяет перемещаться в пространстве и времени.

Области, которые связывает кротовая нора, могут представлять собой области единого пространства или быть полностью разъединенными. Во втором случае кротовая нора является единственным связующим звеном двух областей.

Первый вид кротовых нор часто называют “внутримировыми”, а второй вид “межмировыми“.

Гипотетические частицы Тахионы

Как известно Общая теория относительности (ОТО) запрещает перемещение во Вселенной со скоростью превышающей скорость света.

С другой стороны ОТО допускает существование пространственно-временных туннелей, но при этом необходимо, чтобы туннель был заполнен экзотической материей с отрицательной плотностью энергии, создающей сильное гравитационное отталкивание и препятствующей схлопыванию туннеля.

Конденсат Бозе — Эйнштейна

К подобным частицам экзотической материи чаще всего относят тахионы. Тахионы – это гипотетические частицы, которые движутся быстрее скорости света. Для того чтобы такие частицы не нарушали ОТО предполагается, что масса тахионов является отрицательной.

В настоящее время нет достоверных экспериментальных подтверждений существования тахионов в лабораторных экспериментах или астрономических наблюдениях.

Физики могут похвастаться лишь “псевдоотрицательной“ массой электронов и атомов, которые получают при высокой плотности электрических полей, особой поляризации лазерных лучей или сверхнизких температурах.

В последнем случае эксперименты проводились с конденсатом Бозе – Эйнштейна, агрегатным состоянием вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температур, близких к абсолютному нулю (меньше миллионной доли кельвина).

В таком сильно охлаждённом состоянии достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях, и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. За получение конденсата Бозе-Эйншейна в 2001 году была вручена Нобелевская премия по физике.

Конденсат Бозе-Эйншейна

Впрочем, ряд специалистов предполагают, что тахионами могут являться нейтрино. Эти элементарные частицы обладают ненулевой массой, что было доказано с помощью обнаружения нейтринных осцилляций. Последнее открытие даже удостоилось Нобелевской премии по физике за 2015 год.

С другой стороны точное значение массы нейтрино до сих пор определить не удалось. Ряд экспериментов по измерению скорости нейтрино показали, что их скорость может незначительно превышать скорость света.

Эти данные постоянно подвергаются сомнению, но в 2014 году вышла новая работа по этому поводу.

Теория струн

Фундаментальная структура Вселенной по теории струн

Параллельно некоторые теоретики предполагают, что в ранней Вселенной могли сформироваться особые образования (космические струны) с отрицательной массой.

Длина реликтовых космических струн может достигать как минимум несколько десятков парсек при толщине меньше диаметра атома при средней плотности 1022 грамм на см3.

Существует несколько работ о том, что подобные образования наблюдались в событиях гравитационного линзирования света далеких квазаров.

В целом же теория струн в настоящее время является наиболее вероятным кандидатом на “теорию всего“ или единую теорию поля, которая объединяет теорию относительности и квантовую теорию поля. Согласно ей все элементарные частицы представляют собой колеблющиеся нити энергии длиной около 10-33 метра, что сравнимо с планковской длиной (минимальным возможным размером объекта во Вселенной).

Теория единого поля предполагает, что в пространственно-временных измерениях существуют ячейки с минимальной длиной и временем. Минимальная длина должна быть равна планковской длине (примерно 1,6·10−35 метров).

Комплексное n-мерное пространство Калаби-Яу

В то же время наблюдения удаленных гамма-всплесков говорят о том, что если зернистость пространства существует, то размер этих зерен не больше 10−48 метров. Кроме того БАК не смог подтвердить некоторые следствия теории струн, что стало серьезным аргументом ошибочности этой фундаментальной теории современной физики.

Квантовая запутанность

Потенциально большим значением на пути к созданию единой теории поля и пространственно-временных туннелей является обнаружение в 2014 году теоретической связи между квантовой запутанностью и кротовыми норами. В новой теоретической работе было показано, что создание пространственно-временного туннеля возможно не только между двумя массивными черными дырами, но и между двумя квантово запутанными кварками.

Квантовая запутанность

Квантовая запутанность – это явление в квантовой механике, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми.

Такая взаимозависимость сохраняется, даже если эти объекты разнесены в пространстве за пределы любых известных взаимодействий.

Измерение параметра одной частицы приводит к мгновенному (выше скорости света) прекращению запутанного состояния другой, что находится в логическом противоречии с принципом локальности (при этом теория относительности не нарушается и информация не передаётся).

Кристан Дженсен из университета Виктории (Канада) и Андреас Карч из университета Вашингтона (США), описали квантово запутанную пару, состоящую из кварка и антикварка, которые мчатся прочь друг от друга с околосветовыми скоростями, что делает невозможной передачу сигналов от одного к другому. Исследователи полагают, что трехмерное пространство, в котором движутся кварки — это гипотетическая грань четырехмерного мира. В 3D-пространстве квантово запутанные частицы соединены своего рода «струной». А в 4D-пространстве эта «струна» становится кротовой норой.

Джулиан Соннер из Массачусетского технологического института (США) представил квантово-запутанную пару кварк-антикварк, рождающуюся в сильном электрическом поле, которое разлучает противоположно заряженные частицы, заставляя их ускоренно двигаться в разных направлениях.

Соннер также пришел к выводу, что частицы, квантово запутанные в трехмерном пространстве, будут соединены кротовой норой в четырехмерном пространстве.

При расчетах физики использовали так называемый голографический принцип — концепцию, согласно которой вся физика n-мерного мира в полной мере отражается на его «гранях» с количеством измерений (n-1).

При таком “проецировании“квантовая теория, учитывающая эффекты гравитации в четырехмерном пространстве, эквивалентна квантовой теории «без гравитации» в трехмерном. Другими словами, черные дыры в 4D-пространстве и кротовая нора между ними математически эквивалентны их трехмерной голографической проекции.

Перспективы гравитационно-волновой и нейтринной астрономии

Теоретическая модель рождения нашей Вселенной

Наибольшими перспективами в изучении свойств материи на самом микроскопическом и высокоэнергетическом уровне для лучшего понимания квантовой гравитации обладает гравитационно-волновая и нейтринная астрономия за счет того что она изучает волны и частицы с наибольшей проникающей способностью.

Так если микроволновое реликтовое излучение Вселенной образовалось через 380 тысяч лет после Большого взрыва, то реликтовые нейтрино в первые несколько секунд, а реликтовые гравитационные волны всего через 10-32 секунд! Кроме того большими перспективами обладают регистрации подобных излучений и частиц с горизонта событий черных дыр или у катастрофических событий (слияния нейтронных звезд и черных дыр, коллапсов массивных звезд).

Темная материя и темная энергия

С другой стороны активно развиваются традиционные астрометрические обсерватории, которые сейчас охватывают весь электромагнитный спектр.

Подобные обсерватории могут обнаружить неожиданные объекты или явления в ранней Вселенной (первые межзвездные облака, звезды и галактики), в случаях гравитационного линзированияили во время наблюдений экстремальных объектов (черных дыр и нейтронных звезд).

Астрономия продолжает являться наиболее эффективным направлением современной физики, так как способна изучать материю в экстремальных условиях, которые не доступны в земных лабораториях и ускорителях.

В частности, существующие астрономические наблюдения в электромагнитном диапазоне привели к открытию загадочной темной материи и энергии, которые на данный момент не способна описать Стандартная модель (современная физическая теория, описывающая электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех известных элементарных частиц).

Другими примерами важности астрономических наблюдений в истории физики являются открытия аномального движения Меркурия, астрометрического смещения света звезд рядом с диском Солнца, а так же двойных нейтронных звезд. Эти открытия стали мотивом для создания и проверки теории относительности, а так же позволили предсказать существование гравитационных волн.

Кадр из фильма “Интерстеллар”

Пространственно-временные туннели или кротовые норы являются в научной фантастике самым популярным способом перемещения к другим звездам.

Можно назвать наиболее популярные фильмы на эту тему: “Интерстеллар” (2014), “Контакт” (1997), “Сквозь горизонт” (1997), франшиза “Звездные войны” (1977-2017 годы). Первым начал широко использовать термины “черная дыра” и “кротовая дыра” американский физик Джон Уилер (1911-2008 годы).

Советско-российский радиоастроном Николай Кардашев первым выдвинул идею, что черные дыры в центрах галактик являются входами в кротовые норы.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/spacegid/krotovye-nory-5a9fb21f57906abe10b9d423

Кротовые норы Вселенной

Гипотеза кротовой норы

Кротовая нора (червоточина) — это гипотетический космический «туннель». Он соединяет удаленные друг от друга точки пространства особым образом.

Поэтому путешествие через червоточину может занять гораздо меньше времени, чем путешествие между этими же точками в нормальном пространстве. Концы червоточины в теории могут существовать в одной и той же Вселенной.

Или же быть межвселенными (существовать в разных Вселенных и, таким образом, являться неким мостом между ними).

Возможность существования кротовых нор вытекает из решений некоторых уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Они весьма элегантно и логично возникают в рамках этой теории. И поэтому некоторые теоретики считают, что настоящие червоточины могут быть в конечном итоге найдены. Или изготовлены.

И, возможно, использованы для быстрых космических путешествий или путешествий во времени. Но есть нюанс. Одно предполагаемое свойство червоточин заключается в том, что они чрезвычайно нестабильны. И, вероятно, мгновенно разрушатся, если даже небольшое количество вещества, вроде единичного фотона, попытается пройти сквозь них.

Возможным способом решения этой проблемы является использование экзотической материи для предотвращения взрыва и исчезновения объекта.

Краткая история кротовых нор

Впервые гипотеза червоточин была озвучена в 1916 году. Это произошло вскоре после того, как Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности.

Людвиг Фламм, малоизвестный австрийский физик, рассмотрел простейшее возможное решение уравнений поля Эйнштейна, известное как решение Шварцшильда (или метрика Шварцшильда). Оно описывает гравитационное поле вокруг сферически-симметричной невращающейся массы.

Если масса достаточно компактна, решение описывает особую форму явления, которое теперь называется черной дырой.

Фламм понял, что уравнения Эйнштейна допускают второе решение, теперь известное как белая дыра. И что два решения, описывающие две разные области пространства-времени, были (математически) соединены пространственно-временным каналом. «Вход» черной дыры и «выход» белой дыры могут находиться в разных частях одной и той же Вселенной. Или в совершенно разных Вселенных.

В 1935 году Эйнштейн и Натан Розен продолжили исследование. Они оценивали теорию связей внутри или между Вселенными в статье, целью которой была попытка объяснить свойства фундаментальных частиц с точки зрения пространства-времени. В ход этой работы появился термин «мост Эйнштейна-Розена».

Впоследствии физик Джон Уилер назвал его «червоточиной». (Уилер также ввел термины «черная дыра» и «квантовая пена».) В статье Уилера 1955 года рассматриваются червоточины в терминах топологических объектов.

И, между прочим, именно в этой работе была представлена первая (теперь всем знакомая) схема червоточины в виде туннеля, соединяющего два отверстия в разных областях пространства-времени.

Проходимые червоточины

Интерес к так называемым проходимым червоточинам усилился после публикации в 1987 году интересной статьи. Ее авторами были Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер (MTY) из Калифорнийского технологического института.

Эта статья возникла после запроса к Торну Карла Сагана, который обдумывал способ перемещения героини своего романа «Контакт» на межзвездные расстояния со сверхсветовой скоростью. Торн передал рассмотрение проблемы студентам, Майклу Моррису и Ульви Юртсеверу.

Они рассчитали, что такое путешествие в принципе могло бы быть возможным. Нужно лишь чтобы червоточина оставалась открытой достаточно долго, чтобы через нее мог пройти космический корабль. Или любой другой объект.

Группа MTY пришла к выводу, что для сохранения открытой червоточины потребуется вещество с отрицательной плотностью энергии. И большим отрицательным давлением — большим по величине, чем плотность энергии. Такая гипотетическая материя называется экзотической материей.

Звездный мост

Наши современные технологии не позволяют нам строить подобные объекты. Поэтому возникает вопрос — а могут ли они уже существовать где-то во Вселенной? Могли ли продвинутые цивилизации в других местах Галактики или за ее пределами создать сеть червоточин, которые мы могли бы научиться использовать?

И еще один вопрос. Могут ли червоточины возникать естественным путем? Ученые Дэвид Хохберг и Томас Кефарт из Университета Вандебильта установили интересный факт.

Их расчеты показали, что в самые первые моменты существования Вселенной гравитация могла породить области отрицательной энергии. В них могли образоваться естественные самостабилизирующиеся червоточины.

Такие червоточины, созданные в результате Большого взрыва, могут и существовать сегодня. Это может быть целая транспортная сеть, охватывающая огромные расстояния космоса.

И если это так, нам нужно будет лишь найти вход в эти ворота…

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://alivespace.ru/krotovye-nory-vselennoj/

#чтиво | Что такое «кротовая нора»?

Гипотеза кротовой норы

Гипотетическая «кротовая нора», которую называют еще «кротовиной» или «червоточиной» (дословный перевод wormhole) представляет из себя некий пространственно-временной туннель, который позволяет переместиться объекту из пункта А в пункт Б во Вселенной не по прямой, а огибая пространство. Если проще, то возьмите любой листок бумаги, сложите его пополам и проткните, полученная дырка и будет той самой кротовой норой. Так вот есть теория, что пространство во Вселенной может быть условно таким же листом бумаги, только с поправкой на третье измерение. Различные ученые выводят гипотезы, что благодаря кротовым норам возможно путешествие в пространстве-времени. Но при этом никто не знает, какие именно опасности могут представлять червоточины и что на самом деле может находиться по ту сторону от них.

Теория кротовых нор

В 1935 году физики Альберт Эйнштейн и Натан Розен, используя общую теорию относительности, предположили, что во Вселенной существуют специальные «мосты» через пространство-время.

Эти пути, которые назвали мостами Эйнштейна-Розена (или червоточинами), соединяют две совершенно разные точки в пространстве-времени путем теоретического создания искривления пространства, которое сокращает путешествие из одной точки в другую.

Опять же гипотетически любая кротовая нора состоит из двух входов и горловины (то есть того самого туннеля). При этом, скорее всего, входы у кротовой норы представляют сфероидальную форму, а горловина может представлять как прямой отрезок пространства, так и спиральный.

Общая теория относительности математически доказывает вероятность существования кротовых нор, но до сих пор ни одна из них не была обнаружена человеком. Сложность ее обнаружения заключается в том, что предполагаемая огромная масса кротовых нор и гравитационные эффекты просто поглощают свет и не дают ему отразиться.

Несколько гипотез, построенных на базе общей теории относительности, предполагают существование кротовых нор, где роли входа и выхода играют черные дыры. Но стоит учесть, что появление самих черных дыр, образующихся от взрыва погибающих звезд, никоим образом не создает кротовую нору.

Путешествие сквозь кротовую нору

В научной фантастике нередко встречается, что главные герои путешествуют сквозь кротовые норы. Но в реальности такое путешествие далеко не такое простое, как это показывают в фильмах и рассказывают в фантастической литературе.

Первая проблема, которая окажется на пути возможности таких путешествий, это размер кротовых нор.

Считается, что самые первые кротовые норы были очень маленького размера, порядка 10-33 сантиметров, но за счет расширения Вселенной появилась вероятность того, что вместе с ней расширялись и увеличивались и сами червоточины. Другой проблемой, связанной с червоточинами, является их стабильность. А точнее, нестабильность.

Объясняемые теорией Эйнштейна-Розена кротовые норы будут бесполезны для пространственно-временных путешествий, потому что они очень быстро коллапсируют (закрываются). Но более свежие исследования этих вопросов подразумевают наличие «экзотической материи», которая позволяет норам сохранять свою структуру на более продолжительный промежуток времени.

Эта экзотическая материя, которую не следует путать с черной материей и антиматерией, состоит из энергии отрицательной плотности и колоссального отрицательного давления. Упоминание такой материи присутствует лишь в некоторых теориях вакуума в рамках квантовой теории поля.

И все же теоретическая наука считает, что если кротовые норы будут содержать достаточное количество этой экзотической энергии, которая либо появилась натуральным образом, либо появится искусственным образом, то возникнет возможность передачи информации или даже объектов через пространство-время.

Те же гипотезы предполагают, что кротовые норы могут соединять не только две точки в рамках одной вселенной, но и являться входом в другие. Некоторые ученые считают, что если переместить определенным образом один вход червоточины, то появится возможность путешествия во времени. Но, например, знаменитый британский космолог Стивен Хокинг считает, что такое использование червоточин невозможно.

Тем не менее некоторые научные умы настаивают, что если стабилизация кротовых нор за счет экзотической материи будет действительно возможна, то появится и возможность для безопасного путешествия людей сквозь такие кротовые норы. А за счет «обычной» материи, при желании и необходимости, такие порталы можно будет обратно дестабилизировать.

К сожалению, сегодняшних технологий человечества недостаточно для того, чтобы кротовые норы можно было искусственно увеличивать и стабилизировать, на тот случай, если они все-таки будут обнаружены. Но ученые продолжают исследовать концепции и методы для быстрых космических путешествий и, возможно, однажды наука придет к правильному решению.

Источник: https://Hi-News.ru/research-development/chtivo-chto-takoe-krotovaya-nora.html

Booksm
Добавить комментарий