A csillaguniverzum tele van sok rejtéllyel. Az Einstein által megalkotott általános relativitáselmélet (GR) szerint négydimenziós téridőben élünk. Görbült, és a gravitáció, amely mindannyiunk számára ismerős, ennek a tulajdonságnak a megnyilvánulása. Az anyag meghajlik, "meghajlítja" a teret maga körül, és minél több, annál sűrűbb. A tér, a tér és az idő mind nagyon érdekes témák. A cikk elolvasása után biztosan megtudsz róluk valami újat.
A görbület ötlete
Sok más gravitációs elmélet, amelyekből ma több száz létezik, részletekben különbözik az általános relativitáselmélettől. Mindezek a csillagászati hipotézisek azonban megtartják a fő dolgot - a görbület gondolatát. Ha a tér ívelt, akkor feltételezhetjük, hogy például egy cső alakú lehet, amely sok fényévnyire elválasztott területeket köt össze. És talán még egymástól távol eső korszakok is. Hiszen nem a számunkra ismerős térről beszélünk, hanem téridőről, ha a kozmoszra gondolunk. Egy lyuk bennecsak bizonyos feltételek mellett jelennek meg. Meghívjuk Önt, hogy nézze meg közelebbről egy olyan érdekes jelenséget, mint a féreglyukak.
Első ötletek a féreglyukakról
A mélyűr és rejtelmei hívogatnak. A görbületről szóló gondolatok közvetlenül a GR megjelenése után jelentek meg. L. Flamm osztrák fizikus már 1916-ban azt mondta, hogy a térbeli geometria létezhet egyfajta lyuk formájában, amely két világot köt össze. N. Rosen és A. Einstein matematikus 1935-ben észlelte, hogy az általános relativitáselmélet keretein belül a legegyszerűbb egyenletmegoldások, amelyek leírják a gravitációs teret létrehozó, izolált elektromos töltésű vagy semleges forrásokat, térbeli "híd" szerkezettel rendelkeznek. Vagyis két univerzumot kötnek össze, két szinte lapos és azonos téridőt.
Később ezek a térbeli struktúrák "féreglyukak" néven váltak ismertté, ami az angol wormhole szó meglehetősen laza fordítása. Ennek közelebbi fordítása a "féreglyuk" (űrben). Rosen és Einstein még azt sem zárta ki, hogy ezeket a "hidakat" elemi részecskék leírására használják a segítségükkel. Valójában ebben az esetben a részecske tisztán térbeli képződmény. Ezért nincs szükség a töltésforrás vagy a tömeg konkrét modellezésére. És egy távoli külső megfigyelő, ha a féreglyuk mikroszkopikus méretű, csak egy töltéssel és tömeggel rendelkező pontforrást lát, amikor ezen terek egyikében van.
Einstein-Rosen "Hídak"
Elektromos erővonalak az egyik oldalról belépnek az üregbe, a másik oldalról pedig kilépnek anélkül, hogy bárhol véget érnének vagy elkezdenék. J. Wheeler amerikai fizikus ebből az alkalomból azt mondta, hogy „töltés nélküli töltést” és „tömeg nélküli tömeget” kapunk. Ebben az esetben egyáltalán nem szükséges figyelembe venni, hogy a híd két különböző univerzum összekapcsolására szolgál. Nem kevésbé helyénvaló lenne az a feltevés, hogy a féreglyuk mindkét "szája" ugyanabba az univerzumba megy ki, de különböző időpontokban és annak különböző pontjain. Kiderül, hogy valami üreges "fogantyúhoz" hasonlít, ha egy szinte lapos ismerős világhoz varrják. Az erővonalak belépnek a szájba, ami felfogható negatív töltésként (mondjuk egy elektron). A száj, ahonnan kilépnek, pozitív töltésű (pozitron). Ami a tömegeket illeti, mindkét oldalon azonosak lesznek.
Az Einstein-Rosen "hidak" kialakulásának feltételei
Ez a kép, minden vonzereje ellenére, sok okból nem nyert teret a részecskefizikában. Nem könnyű kvantumtulajdonságokat tulajdonítani a mikrovilágban nélkülözhetetlen Einstein-Rosen „hidaknak”. Egy ilyen "híd" egyáltalán nem jön létre a részecskék (protonok vagy elektronok) töltéseinek és tömegének ismert értékeihez. Az "elektromos" megoldás ehelyett "csupasz" szingularitást jósol, vagyis azt a pontot, ahol az elektromos tér és a tér görbülete végtelenné válik. Ilyen pontokon a koncepcióa téridő még görbület esetén is értelmét veszti, hiszen lehetetlen olyan egyenleteket megoldani, amelyeknek végtelen sok tagja van.
Mikor nem sikerül a GR?
Az OTO önmagában pontosan meghatározza, hogy mikor áll le a működése. A nyakon, a "híd" legszűkebb helyén a kapcsolat simaságának megsértése van. És meg kell mondani, hogy ez meglehetősen nem triviális. A távoli szemlélő pozíciójából ezen a nyakon megáll az idő. Amit Rosen és Einstein a toroknak gondolt, azt ma egy fekete lyuk eseményhorizontjaként határozzák meg (akár töltött, akár semleges). A "híd" különböző oldalairól érkező sugarak vagy részecskék a horizont különböző "szakaszaira" esnek. A bal és a jobb oldali része között pedig viszonylagosan szólva egy nem statikus terület van. A terület áthaladásához lehetetlen nem elhaladni.
Képtelenség átjutni egy fekete lyukon
Egy viszonylag nagy fekete lyuk horizontjához közeledő űrhajó mintha örökre megfagyna. Egyre ritkábban jutnak el belőle jelek… Ellenkezőleg, a hajó órája szerinti horizontot véges idő alatt érik el. Amikor egy hajó (fénysugár vagy részecske) elhalad mellette, hamarosan szingularitásba ütközik. Itt a görbület végtelenné válik. A szingularitásban (még útban) a kiterjesztett test elkerülhetetlenül elszakad és összetörik. Ez a fekete lyuk működésének valósága.
További kutatás
1916-17. Reisner-Nordström és Schwarzschild megoldásokat kaptunk. Bennükgömb alakú szimmetrikus, elektromosan töltött és semleges fekete lyukakat ír le. A fizikusok azonban csak az 1950-es és 60-as évek fordulóján tudták teljesen megérteni e terek bonyolult geometriáját. Ekkor javasolta a „féreglyuk” és „fekete lyuk” kifejezéseket D. A. Wheeler, aki a gravitációelmélet és a magfizika terén végzett munkájáról ismert. Kiderült, hogy Reisner-Nordström és Schwarzschild tereiben valóban vannak féreglyukak az űrben. Egy távoli szemlélő számára teljesen láthatatlanok, mint a fekete lyukak. És hozzájuk hasonlóan a féreglyukak az űrben örökkévalóak. Ám ha az utazó a horizonton túlra hatol, olyan gyorsan összeomlanak, hogy sem fénysugár, sem hatalmas részecske, pláne egy hajó nem tud átrepülni rajtuk. Ahhoz, hogy egy másik szájba repüljön, megkerülve a szingularitást, gyorsabban kell mozognia, mint a fény. Jelenleg a fizikusok úgy vélik, hogy az energia és az anyag szupernóva-sebessége alapvetően lehetetlen.
Schwarzschild és Reisner-Nordström fekete lyukai
A Schwarzschild fekete lyuk áthatolhatatlan féreglyuknak tekinthető. Ami a Reisner-Nordström fekete lyukat illeti, az valamivel bonyolultabb, de átjárhatatlan is. Ennek ellenére nem olyan nehéz olyan négydimenziós féreglyukakat kitalálni és leírni az űrben, amelyeken át lehet menni. Csak ki kell választania a szükséges mérőszám típusát. A metrikus tenzor vagy metrika olyan értékek halmaza, amelyek segítségével kiszámíthatóak az eseménypontok közötti négydimenziós intervallumok. Ez az értékkészlet teljes mértékben jellemzi mind a gravitációs mezőt, mind atér-idő geometria. A geometriailag átjárható féreglyukak az űrben még egyszerűbbek, mint a fekete lyukak. Nincsenek olyan horizontjaik, amelyek az idő múlásával kataklizmákhoz vezetnének. Különböző pontokon az idő eltérő ütemben haladhat, de nem szabad megállnia vagy felgyorsulnia vég nélkül.
A féreglyuk-kutatás két sora
A természet gátat szab a féreglyukak megjelenésének. Az ember azonban úgy van berendezve, hogy ha van akadály, mindig lesz, aki le akarja győzni. És a tudósok sem kivételek. A féreglyukak tanulmányozásával foglalkozó teoretikusok munkái feltételesen két egymást kiegészítő területre oszthatók. Az első a következményeik mérlegelésével foglalkozik, előzetesen feltételezve, hogy léteznek féreglyukak. A második irány képviselői azt próbálják megérteni, hogy miből és hogyan jelenhetnek meg, milyen feltételek szükségesek előfordulásukhoz. Több ilyen irányú alkotás van, mint az elsőben, és talán érdekesebbek is. Ez a terület magában foglalja a féreglyuk-modellek keresését, valamint tulajdonságaik tanulmányozását.
Orosz fizikusok eredményei
Mint kiderült, a féreglyukak építésének anyagaként szolgáló anyag tulajdonságai a kvantummezők vákuumának polarizációja miatt realizálódhatnak. Szergej Sushkov és Arkagyij Popov orosz fizikusok, valamint David Hochberg spanyol kutató és Szergej Krasznyikov nemrég jutottak erre a következtetésre. A vákuum ebben az esetben nemüresség. Ez egy olyan kvantumállapot, amelyet a legalacsonyabb energia jellemez, vagyis olyan mező, amelyben nincsenek valódi részecskék. Ezen a területen folyamatosan jelennek meg „virtuális” részecskepárok, amelyek eltűnnek, mielőtt a készülékek észlelnék őket, de energiatenzor, azaz szokatlan tulajdonságokkal jellemezhető impulzus formájában hagyják nyomukat. Annak ellenére, hogy az anyag kvantumtulajdonságai főként a mikrokozmoszban nyilvánulnak meg, az általuk generált féreglyukak bizonyos körülmények között jelentős méreteket is elérhetnek. Krasznyikov egyik cikkének egyébként "A féreglyukak fenyegetése" a címe.
Filozófiai kérdés
Ha valaha is féreglyukakat építenek vagy fedeznek fel, a tudomány értelmezésével foglalkozó filozófia területe új, és azt kell mondanom, nagyon nehéz kihívásokkal néz szembe. Az időhurkok minden látszólag abszurditása és az ok-okozati összefüggés nehéz problémái ellenére a tudomány ezen területe valószínűleg egyszer rájön. Ahogyan a kvantummechanika és az Einstein által megalkotott relativitáselmélet problémáival is foglalkoztak. Tér, tér és idő – mindezek a kérdések minden korosztályban érdekelték az embereket, és láthatóan mindig is érdekelni fognak minket. Szinte lehetetlen teljesen megismerni őket. Nem valószínű, hogy az űrkutatás valaha is befejeződik.
