Попитайте Jyotiraditya: - WormHole, сингулярност

Тайметравел мистерия

С целия си ентусиазъм за бъдещето на човечеството в космоса, има един страхотен проблем. Ние сме меки торбички с месо предимно с вода, а тези други звезди са наистина много далеч. Дори и с най-оптимистичните технологии за космически полети, които можем да си представим, никога няма да достигнем друга звезда в човешкия живот.

Реалността ни казва, че дори и най-близките звезди са непонятно далеч и ще им трябват огромни количества енергия или време, за да направят пътуването. Реалността казва, че ще ни трябва кораб, който по някакъв начин може да издържи стотици или хиляди години, докато поколение след поколение астронавти се раждат, живеят живота си и умират в транзит към друга звезда.

От друга страна, научната фантастика ни учудва със своите невероятни методи за усъвършенствано задвижване. Вдигнете warp drive и гледайте как звездите се разминават покрай нас, правейки пътуване до Алфа Кентавър толкова бързо, колкото удоволствие.

Знаеш ли какво е още по-лесно? Дупка на червей; магически шлюз, който свързва две точки в пространството и времето помежду си. Просто подравнете шевроните, за да наберете вашата дестинация, изчакайте да се стабилизира звездната врата и тогава просто ходете ... ходете! до вашата дестинация на половина галактика.

Да, това би било наистина хубаво. Някой наистина трябва да заобиколи изобретяването на тези червейни дупки, въвеждайки в ново бъдеще на междугалактичен преход. Какво точно са дупки за червеи и колко скоро, докато не получа да използвам такава?

Дупка на червей, известна още като мост Айнщайн-Розен, е теоретичен метод за сгъване на пространство и време, така че да можете да свържете две места в пространството заедно. След това можете да пътувате мигновено от едно място на друго.

Ще използваме тази класическа демонстрация от филма Interstellar, където начертаете линия от две точки, върху лист хартия и след това сгънете хартията и прокарайте молива, за да съкратите пътуването. Това работи чудесно на хартия, но това ли е действителната физика?

Както Айнщайн ни научи, гравитацията не е сила, която дърпа материята като магнетизъм, а всъщност е изкривяване на космическото време. Луната смята, че просто следва права линия през космоса, но всъщност следва изкривения път, създаден от земната гравитация.

И така, според Айнщайн и физик Нейтън Росен, можете да заплетете пространството толкова силно, че две точки споделят едно и също физическо местоположение. Ако можехте да запазите това нещо стабилно, можете внимателно да разделите двата региона на пространството, така че те все още да са едно и също място, но разделени на всяко разстояние, което искате.

Слезте по гравитационния кладенец от едната страна на червейната дупка и веднага след това се появи на другото място. Милиони или милиарди светлинни години. Въпреки че теоретично е възможно да се създадат дупки, те са практически невъзможни от това, което в момента разбираме.

Първият голям проблем е, че червейните дупки не могат да се променят според общата относителност. Затова имайте предвид това; физиката, която предсказва тези неща, забранява те да се използват като метод за транспортиране. Това е доста сериозен удар срещу тях.

Второ, дори ако могат да бъдат създадени червееви дупки, те биха били напълно нестабилни и ще се разпаднат веднага след образуването им. Ако се опитате да влезете в единия край, вероятно също ще влезете в черна дупка.

Трето, дори ако те са проходими и могат да се поддържат стабилни, в момента, през който всеки материал се опита да премине - дори фотони светлина - това би ги накарало да се срутят.

Все пак има проблясък на надежда, защото физиците все още не са измислили как да обединят гравитацията и квантовата механика.

Това означава, че самата Вселена може да знае неща за дупки, които все още не разбираме. Възможно е те да са създадени естествено като част от Големия взрив, когато космическото време на цялата Вселена е било сплетено в една особеност.

Астрономите всъщност предлагат търсене на дупки в космоса, като търсят как гравитацията им изкривява светлината от звезди зад тях. Никой още не се е появил.

Една от възможностите е червейните дупки да изглеждат естествено като виртуалните частици, за които знаем, че съществуват. С изключение на тези, които биха били неразбираемо малки, по скалата на Планк. Ще ви трябва по-малък космически кораб.

Едно от най-завладяващите последици от червейните дупки е, че те биха могли да ви позволят реално да пътувате във времето.

Ето как работи. Първо, създайте дупка на червей в лабораторията. След това вземете единия край на червейната дупка, поставете я на космически кораб и отлетете със значителен процент от скоростта на светлината, така че времето да се увеличи.

За хората от космическия кораб ще настъпят само няколко години, докато хората на Земята можеха да са стотици или дори хиляди. Ако приемем, че бихте могли да поддържате червейната дупка стабилна, отворена и подвижна, тогава пътуването през нея би било интересно.

Ако преминете в една посока, не само ще преместите разстоянието между дупките за дупки, но и ще бъдете транспортирани до времето, което преживява червата. Отидете в една посока и се движите напред във времето, отидете в другата посока: назад във времето.

Някои физици, като Леонард Сускинд, смятат, че това няма да работи, тъй като това би нарушило два основни принципа на физиката: местно енергоспестяване и принцип на несигурност енергия-време.

За съжаление, наистина изглежда, че червейните дупки ще трябва да останат в сферата на научната фантастика за обозримо бъдеще и може би завинаги. Дори ако е възможно да създадете дупки за дупки, трябва да ги поддържате стабилни и отворени и тогава трябва да разберете как да допуснете материята в тях, без да се сривате. Все пак, ако успеем да разберем, това би направило космическото пътуване наистина много удобно.

Подобно на черните дупки, дупки на червеите възникват като валидни решения на уравненията на Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн и, подобно на черните дупки, фразата е въведена (през 1957 г.) от американския физик Джон Уилър. Подобно на черните дупки, те никога не са били наблюдавани директно, но на теория те се появяват толкова лесно, че някои физици се насърчават да мислят, че евентуални колеги могат в крайна сметка да бъдат намерени или изфабрикувани.

През 1916 г. австрийският физик Лудвиг Пламък, докато разглежда решението на Карл Шварцшилд за полевите уравнения на Айнщайн, която описва особена форма на черна дупка, известна като черна дупка на Шварцшилд, забеляза, че е възможно и друго решение, което описва явление, което впоследствие се появи да бъде известен като „бяла дупка“. Бялата дупка е теоретичното обръщане на времето на черна дупка и докато черна дупка действа като вакуум, привличайки се във всяка материя, която пресича хоризонта на събитията, бялата дупка действа като източник, който изхвърля материята от нейния хоризонт на събитията. Някои дори спекулират, че има "бяла дупка от" другата страна на всички черни дупки, където цялата материя, която черната дупка изсмуква, е издухана в някаква алтернативна вселена и дори че това, което мислим за Големия взрив всъщност са резултат от точно такъв феномен.

Пламъкът също така забеляза, че двете решения, описващи две различни области на пространството-време, биха могли да бъдат математически свързани чрез един вид пространство-време и че, на теория, най-малкото "входът" на черната дупка и "изходът" на бялата дупка биха могли да бъдете в напълно различни части на една и съща вселена или дори в различни вселени! Самият Айнщайн изследва тези идеи по-нататък през 1935 г., заедно с Натан Росен, и двамата постигат решение, известно като мост на Айнщайн-Розен (известен също като лоренцов червей или червей на Шварцшилд).

За да визуализирате по-добре дупка на червей, помислете за аналогията на лист хартия с две маркирани моливи, нарисувани върху него (за да представят две точки в пространството-времето), като линията между тях показва разстоянието от една точка до друга в нормално пространство-време , Ако хартията сега е огъната и сгъната върху почти двойно (еквивалент на драстично изкривяване пространство-време), след това пъпането на молива през хартията осигурява много по-кратък начин за свързване на двете точки, кратко изрязване през пространство-време, много като червей.

Някои теоретици се насърчават да мислят, че евентуални колеги могат в крайна сметка да бъдат намерени или изфабрикувани и, може би, използвани като тунел или късо подстригване за пътуване с високоскоростни космически пространства между далечни точки или дори за пътуване във времето (с всички потенциални парадокси, които могат да доведат ). Въпреки това, общоприетото свойство на червейните дупки е, че по своята същност те са много нестабилни и вероятно ще се сринат за много по-кратко време, отколкото би било необходимо за преминаване към другата страна. Във всеки случай се прогнозира, че те ще се сринат моментално, ако дори и най-мъничкото количество материя (дори един фотон) се опита да премине през тях.

Въпреки че са предложени някои възможни теоретични начини за справяне с този проблем (например използване на „космически струни“ или „отрицателна материя“ или някаква друга екзотична материя с „отрицателна енергия“), за да се предотврати затварянето на червейната дупка, идеята остава до голяма степен в засега царство на научната фантастика. Все още обаче не е доказано математически без всякакво съмнение, че някакъв вид екзотика с отрицателна енергийна плътност е абсолютно изискване за червейни дупки, нито е установено, че такава екзотична материя не може да съществува, така че възможността за практическо приложение на теорията все още остава.

Тъй като червейни дупки са проводник през 4-измереното пространство-време, а не само през пространството, Стивън Хокинг и други също са заявили, че червените дупки теоретично могат да бъдат използвани за пътуване през времето, както и през пространството, въпреки че широко се смята, че времето пътуването в миналото никога няма да бъде възможно поради потенциала за парадокси и саморазрушителни връзки за обратна връзка.

необичайност

В центъра на черна дупка е гравитационна сингулярност, едномерна точка, която съдържа огромна маса в безкрайно малко пространство, където плътността и гравитацията стават безкрайни и кривите пространство-време безкрайно и където законите на физиката, както ги познаваме, престават да оперират. Както го описва именитият американски физик Кип Торн, това е „точката, в която всички закони на физиката се разграждат“.

Текущата теория предполага, че когато обект попадне в черна дупка и се приближи до сингулярността в центъра, той ще се разтегне или „спагетира“ поради нарастващия диференциал в гравитационното привличане на различни части от него, преди да се предполага, че напълно ще загуби размерността и изчезвайки безвъзвратно в сингулярността. Наблюдател, който наблюдава от безопасно разстояние навън, би имал различен поглед върху събитието. Според теорията на относителността те биха видели как обектът се движи все по-бавно и по-бавно, докато се приближава до черната дупка, докато не стигне до пълен стоп на хоризонта на събитията, като никога не попада в черната дупка.

Съществуването на сингулярност често се приема като доказателство, че теорията на общата относителност се е разпаднала, което може би не е неочаквано, тъй като се случва в условия, при които квантовите ефекти трябва да станат важни. Възможно е някои бъдещи комбинирани теории за квантовата гравитация (като настоящи изследвания на суперструни) може да могат да опишат черни дупки без нужда от особености, но такава теория е още много години.

Според хипотезата за "космическа цензура", сингулярността на черната дупка остава скрита зад хоризонта на нейните събития, тъй като тя винаги е заобиколена от зона, която не позволява светлината да избяга и следователно не може да бъде наблюдавана директно. Единственото изключение, което хипотезата позволява (известно като „гола“ сингулярност), е самият първоначален Голям взрив.

Тогава изглежда вероятно по своята същност никога да не можем да опишем напълно или дори да разберем сингулярността в центъра на черна дупка. Въпреки че наблюдател може да изпраща сигнали в черна дупка, нищо вътре в черната дупка никога не може да комуникира с нищо извън нея, така че нейните тайни изглежда са безопасни завинаги.

Jyotiraditya