Fotografie z filmu „Interstellar“ s červí dírou (2014)
Vesmírný epos „Interstellar“ (mluvíme o sci-fi filmu vydaném v říjnu 2014) vypráví o astronautech, kteří při hledání možností, jak zachránit lidstvo, objeví „cestu života“, kterou představuje tajemný tunel.
Tento průchod se nevysvětlitelně objevuje poblíž Saturnu a v časoprostoru vede člověka do vzdálené galaxie, čímž poskytuje šanci najít planety obývané živými bytostmi. Planety, které se mohou stát druhým domovem pro lidi.
Hypotéze o existenci filmového tunelu, vědci nazývaného „červí díra“ nebo „červí díra“, předcházela skutečná fyzikální teorie, kterou navrhl jeden z prvních astrofyziků a bývalý profesor na California Institute of Technology, Kip Thorne.
Kip Thorne pomohl astronomovi, astrofyzikovi, popularizátorovi vědy a jednomu z těch, kdo iniciovali projekt hledání mimozemské inteligence – Carlu Saganovi – vytvořit model červí díry pro jeho román Kontakt. Přesvědčivost vizuálních obrazů ve filmu pro vesmírné vědce je tak zřejmá, že astrofyzici připouštějí, že jde snad o nejpřesnější snímky červích děr a černých děr, jaké ve světové kinematografii existují.
V tomto filmu je jen jeden „malý“ detail, který pozorného diváka pronásleduje: létat v něčem takovém vesmírným expresem je samozřejmě skvělé, ale dokážou se piloti při tomto mezihvězdném pohybu nevzdat?
Tvůrci vesmírného trháku se rozhodli nezmínit, že původní teorie červích děr patřila jiným předním teoretikům astrofyziky – Albert Einstein ji začal rozvíjet společně se svým asistentem Nathanem Rosenem. Tito vědci se pokusili vyřešit Einsteinovy rovnice pro obecnou relativitu tak, že výsledkem byl matematický model celého vesmíru spolu s gravitačními silami a elementárními částicemi tvořícími hmotu. V průběhu toho všeho byl učiněn pokus představit si prostor jako dvě geometrické roviny spojené navzájem „mosty“.
Paralelně, ale nezávisle na Einsteinovi, podobnou práci provedl další fyzik Ludwig Flamm, který v roce 1916, rovněž při řešení Einsteinových rovnic, objevil takové „mosty“.
Všichni tři „stavitelé mostů“ utrpěli společné zklamání, protože „teorie všeho, co existuje“, se ukázala jako neživotaschopná: takové „mosty“ teoreticky vůbec nepůsobily jako skutečné elementární částice.
Přesto v roce 1935 Einstein a Rosen publikovali článek, kde nastínili vlastní teorii tunelů v časoprostorovém kontinuu. Tato práce v pojetí autorů měla zjevně povzbudit další generace vědců k zamyšlení nad možností aplikace takové teorie.
Fyzik z Princetonské univerzity John Wheeler svého času zavedl do slovníku označení „červí díra“, které se v prvních letech používalo ke studiu konstrukce modelů „mostů“ podle Einstein-Rosenovy teorie. Wheeler si všiml: takový „most“ bolestně připomíná průchod ohlodaný červem v ovoci. Představme si mravence, jak leze z jedné strany hrušky na druhou – může se buď plazit po celém zakřiveném povrchu, nebo zkratkou přejít přes ovoce tunelem z červí díry.
Co když si představíme, že naše trojrozměrné časoprostorové kontinuum je slupka hrušky, že zakřivený povrch obklopuje mnohem větší „hmotnost“? Možná je Einstein-Rosenův „most“ právě tím tunelem, který protíná tuto „masu“ a umožňuje pilotům hvězdných lodí zmenšit vzdálenost v prostoru mezi dvěma body. Pravděpodobně v tomto případě mluvíme o skutečném matematickém řešení obecné teorie relativity.
Podle Wheelera ústí Einstein-Rosenových „mostů“ velmi připomínají takzvanou Schwarzschildovu černou díru – jednoduchou hmotu, která má kulovitý tvar a je tak hustá, že její gravitační sílu nepřekoná ani světlo. Astronomové mají silný názor na existenci „černých děr“. Věří, že tyto formace se rodí, když se velmi hmotné hvězdy „zhroutí“ nebo vymřou.
Jak podložená je hypotéza, že „černá díra“ je totéž jako „červí díra“ nebo tunel, který umožňuje lety do vesmíru na dlouhé vzdálenosti? Možná, z matematického hlediska je toto tvrzení pravdivé. Ale jen teoreticky: v takové výpravě nebudou žádní přeživší.
Schwarzschildův model představuje temný střed „černé díry“ jako singulární bod nebo centrální neutrální stacionární kouli s nekonečnou hustotou. Wheelerovy výpočty ukazují důsledky toho, co se stalo v případě vytvoření takové „červí díry“, kdy se dva singulární body („Schwarzschildovské černé díry“) ve dvou vzdálených částech vesmíru sbíhají ve své „hmotnosti“ a vytvářejí mezi nimi tunel. .
Výzkumník zjistil, že taková „červí díra“ je nestabilní povahy: nejprve se vytvoří tunel a poté se zhroutí, po kterém zůstanou opět jen dva singulární body („černé díry“). Postup při objevení a zabouchnutí tunelu probíhá tak bleskově, že jím nepronikne ani paprsek světla, nemluvě o astronautovi, který se snaží proklouznout - „černá díra“ ho zcela pohltí. Bez legrace – mluvíme o okamžité smrti, protože gravitační síly šílené síly člověka roztrhají na kusy.
"Černé díry" a "bílé skvrny"
Ve stejné době jako film vydal Thorne knihu The Science of Interstellar. V této práci potvrzuje: "Každé tělo - živé nebo neživé - ve chvíli, kdy se tunel zhroutí, bude rozdrceno a roztrháno na kusy!"
Pro další, alternativní možnost – Kerrovu rotující „černou díru“ – výzkumníci „bílých skvrn“ při meziplanetárním cestování našli jiné řešení než obecná teorie relativity. Singularita uvnitř Kerrovy „černé díry“ má jiný tvar, ne kulovitý, ale prstencový.
Některé její modely mohou dát člověku šanci na přežití v mezihvězdném letu, ale pouze v případě, že loď proletí tímto otvorem výhradně středem prstence. Něco jako vesmírný basketbal, jen cena za zásah zde nejsou body navíc: v sázce je existence hvězdné lodi a její posádky.
Autor knihy „The Science of Interstellar“, Kip Thorne, pochybuje o stavu této teorie. V roce 1987 napsal článek o průletu „červí dírou“, kde poukázal na důležitý detail: hrdlo tunelu Kerr má velmi nespolehlivou část, která se nazývá „Cauchyho horizont“.
Jak ukazují odpovídající výpočty, jakmile se těleso pokusí projít za tento bod, tunel se zhroutí. Navíc, po určité stabilizaci „červí díry“, bude, jak říká kvantová teorie, okamžitě naplněna rychlými vysokoenergetickými částicemi.
V důsledku toho, jakmile zabodnete do Kerrovy „černé díry“, zůstane vám suchá, smažená kůrka.
Důvodem je „strašná akce na dlouhou trať“?
Faktem je, že fyzici dosud nepřizpůsobili klasické zákony gravitace kvantové teorii – toto odvětví matematiky je příliš obtížné na pochopení a mnoho vědců mu nedalo přesnou definici.
Princetonský vědec Juan Malsadena a jeho kolega ze Stanfordu Leonard Susskind zároveň navrhli, že červí díry nejsou zřejmě ničím jiným než hmotným ztělesněním propletení v době, kdy jsou kvantové objekty propojeny – bez ohledu na to, zda jsou od sebe vzdáleného přítele.
Albert Einstein měl pro takové zapletení své vlastní jméno – „strašná akce na velké vzdálenosti“ velkého fyzika ani nenapadlo souhlasit s obecně přijímaným hlediskem. Navzdory tomu mnoho experimentů prokázalo existenci kvantového zapletení. Navíc se již používá pro komerční účely - chrání online přenos dat, například bankovní transakce.
Podle Malsadeny a Susskinda může kvantová provázanost ve velkých objemech ovlivnit změny v geometrii časoprostorového kontinua a přispět ke vzniku „červích děr“ ve formě propojených „černých děr“. Ale hypotéza těchto vědců neumožňuje vznik průchozích mezihvězdných tunelů.
Podle Malsadena tyto tunely na jedné straně neposkytují možnost letět rychleji, než je rychlost světla, a na druhé straně stále mohou astronautům pomoci setkat se tam, uvnitř, s někým „jiným“. Z takového setkání však není žádné potěšení, protože po setkání bude následovat nevyhnutelná smrt v důsledku gravitačního dopadu do středu „černé díry“.
Jedním slovem, „černé díry“ jsou skutečnou překážkou pro lidský průzkum vesmíru. Co by v tomto případě mohly být „červí díry“? Podle Avi Loeba, vědce z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, mají lidé v tomto ohledu mnoho možností: protože neexistuje žádná teorie, která by spojovala obecnou relativitu s kvantovou mechanikou, nejsme si vědomi plného rozsahu možného časoprostoru. struktury, kde se mohou objevit červí díry "
Hroutí se
Ale ani zde není vše tak jednoduché. Tentýž Kip Thorne v roce 1987 prokázal zvláštnost, že jakákoli „červí díra“, odpovídající obecné teorii relativity, se zhroutí, pokud se nepokusí zůstat otevřená kvůli takzvané exotické hmotě s negativní energií nebo antigravitací. Thorne ujišťuje: skutečnost, že existuje exomatter, může být prokázána experimentálně.
Experimenty ukážou, že kvantové fluktuace ve vakuu jsou zjevně schopné vytvořit podtlak mezi dvěma zrcadly, která jsou umístěna velmi blízko u sebe.
Na druhé straně, podle Avi Loeba, pokud budeme pozorovat takzvanou temnou energii, pak tyto studie dají ještě více důvodů věřit v existenci exotické hmoty.
Vědec z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics říká, že „...vidíme, jak se během nedávné kosmické historie galaxie od nás vzdalují stále větší rychlostí, jako by byly pod vlivem antigravitace – toto zrychlení expanze Vesmíru lze vysvětlit, pokud je Vesmír naplněn látkou s podtlakem, přesně tím materiálem, který je potřeba k vytvoření červí díry...“
Loeb i Thorne zároveň věří, že i kdyby se červí díra mohla objevit přirozeně, vyžadovala by to množství exotické hmoty. Pouze vysoce rozvinutá civilizace bude schopna akumulovat takovou energetickou rezervu a následně stabilizovat takový tunel.
V jejich názorech na tuto teorii také „nepanuje shoda mezi soudruhy“. O zjištěních Loeba a Thorna si například myslí jejich kolegyně Malsadena:
„...Věřím, že myšlenka stabilní průchodné červí díry není dostatečně srozumitelná a zjevně neodpovídá známým fyzikálním zákonům...“ Sabine Hossenfelder ze Skandinávského institutu pro teoretickou fyziku ve Švédsku úplně rozdrtí Loeb-Thornovy závěry na kousíček: „... Máme, neexistují absolutně žádné důkazy o existenci exotické hmoty. Navíc je rozšířený názor, že nemůže existovat, protože pokud by existoval, vakuum by bylo nestabilní...“
I kdyby taková exotická hmota existovala, Hossenfelder rozvíjí svůj nápad, pohyb uvnitř by byl krajně nepříjemný: pokaždé by byly pocity přímo závislé na stupni zakřivení časoprostorové struktury kolem tunelu a na hustotě energie v něm. Sabine Hossenfelder uzavírá:
„...To je velmi podobné „černým dírám“: slapové síly jsou příliš velké a člověk bude roztrhán na kusy...“
Paradoxně, i přes své příspěvky k filmu Interstellar, Thorne také příliš nevěří, že by mohl někdy vzniknout takový průjezdný tunel. A možnost, že tudy projdou astronauti (bez újmy!) – a ještě víc. Sám to ve své knize přiznává:
„...Pokud mohou existovat [tunely], pak velmi pochybuji, že mohou v astrofyzikálním vesmíru přirozeně vzniknout...“
...Tak pak věřte sci-fi filmům!
Gravitace [Od křišťálových koulí k červím dírám] Petrov Alexander Nikolaevič
červí díry
červí díry
Krtek nedávno vykopal v podzemí od svého domova ke dveřím polní myši novou dlouhou štolu a dovolil myši a dívce chodit po této štole, jak chtěli.
Hans Christian Andersen "Thumbelina"
Myšlenka červích děr pochází od Alberta Einsteina a Nathana Rosena (1909–1995). V roce 1935 ukázali, že obecná teorie relativity umožňuje takzvané „mosty“ - průchody prostorem, kterými se lze zdánlivě dostat z jedné části vesmíru do druhé nebo z jednoho vesmíru do druhého mnohem rychleji než obvyklým způsobem. Ale Einstein-Rosenův „most“ je dynamický objekt, jakmile do něj vstoupí pozorovatel, výstupy jsou stlačeny.
Je možné zabránit kompresi? Ukazuje se, že je to možné. K tomu je nutné vyplnit prostor „mostu“ speciální látkou, která zabraňuje stlačení. Takové „mosty“ se v angličtině nazývají červí díry - červí díry(červí díry).
Speciální hmota červí díry a obyčejný se liší v tom, že „tlačí“ časoprostor různými způsoby. U běžné hmoty její zakřivení (kladné) připomíná část povrchu koule a u speciální hmoty odpovídá její zakřivení (negativní) tvaru povrchu sedla. Na Obr. 8.6 schematicky znázorňuje 2-rozměrné prostory se záporným, nulovým (plochým) a kladným zakřivením. K deformaci časoprostoru, který nedovolí smrštění červí díry, je proto potřeba exotická hmota, která vytváří odpuzování. Klasické (nekvantové) zákony fyziky takové stavy hmoty vylučují, ale kvantové zákony, které jsou flexibilnější, je umožňují. Exotická hmota brání vzniku horizontu událostí. A absence horizontu znamená, že můžete nejen spadnout do červí díry, ale také se vrátit. Absence horizontu událostí také znamená, že cestovatel milující červí díry je vždy přístupný dalekohledům vnějších pozorovatelů a může s ním udržovat rádiový kontakt.
Rýže. 8.6. Dvourozměrné povrchy různých zakřivení
Pokud si představíme, jak černé díry vznikají, tak jak vznikají červí díry v moderní době a zda vůbec vznikají, je zcela nejasné. Na druhé straně je dnes již téměř všeobecně přijímaný názor, že v rané fázi vývoje Vesmíru bylo mnoho červích děr. Předpokládá se, že před začátkem Velkého třesku (o kterém si povíme v další kapitole), před expanzí, byl Vesmír časoprostorovou pěnou s velmi velkými fluktuacemi zakřivení, smíšenou se skalárním polem. Pěnové buňky byly vzájemně spojeny. A po velkém třesku by tyto buňky mohly zůstat propojené, což by v naší éře mohly být červí díry. Tento typ modelu byl diskutován ve Wheelerových publikacích v polovině 50. let.
Rýže. 8.7, Červí díra v uzavřeném vesmíru
Existuje tedy zásadní možnost vstoupit do červí díry a vystoupit v jiném bodě vesmíru nebo v jiném vesmíru (obr. 8.7). Pokud se s pomocí dostatečně výkonného dalekohledu podíváte skrz krk dovnitř červí díry, můžete spatřit světlo vzdálené minulosti a dozvědět se o událostech, které se staly před několika miliardami let. Signál z pozorovacího místa by skutečně mohl putovat vesmírem dlouhou dobu, aby mohl vstoupit do červí díry z opačné strany a vystoupit na místě pozorování. A pokud červí díry skutečně vznikly současně se zrozením vesmíru, pak v takovém tunelu můžete vidět nejvzdálenější minulost.
Právě z pohledu cestování časem dva slavní vědci, uznávaní odborníci na studium černých děr, Kip Thorne z California Institute of Technology a Igor Novikov z Astrospace Center Lebedevova fyzikálního institutu, publikovali sérii článků v počátkem 80. let obhajujícím zásadní možnost vytvoření stroje času.
Pokud si však vzpomínáte na sci-fi romány na toto téma, každý z nich uvádí, že cestování časem bude pravděpodobně destruktivní. Ve vážné teorii se ukazuje, že s pomocí Thorna a Novikovova stroje času nejsou možné žádné destruktivní akce. Vztahy příčina-následek nejsou narušeny, všechny události se dějí tak, že je nelze změnit – jistě se objeví překážka, která cestovateli v čase zabrání zabít „Bradburyského motýla“.
Vstup do červí díry může být různých velikostí, neexistují žádná omezení – od vesmírných proporcí až po velikost doslova zrnek písku. Jelikož je červí díra jakýmsi příbuzným černé díry, nemá smysl v její struktuře hledat další dimenze. Pokud se jedná o posun někam, pak v jazyce geometrie jde o komplexní topologii. Položme si otázku. Jak odhalit červí díru? Znovu si připomeňme, že se jedná o příbuzného černé díry, pak by měl být blízký časoprostor silně zakřivený. Projevy (pozorovatelné i nepozorovatelné) takového zakřivení byly diskutovány výše. Jsou však možné modely červích děr, pro které neexistuje žádné okolní zakřivení. Při přiblížení se k takové „díře“ pozorovatel nic nezažije, ale když na ni narazí, spadne jako z útesu. Ale takové modely jsou nejméně vhodné, vznikají různé rozpory a napětí.
Nedávno skupina našich vědců - Nikolaj Kardashev, Igor Novikov a Alexander Shatsky - dospěla k závěru, že vlastnosti exotické hmoty podporující červí díru jsou velmi podobné vlastnostem magnetických nebo elektrických polí. Výsledkem výzkumu se ukázalo, že vstup do tunelu bude velmi podobný magnetickému monopólu, tedy magnetu s jedním pólem. V případě červích děr neexistuje žádný skutečný monopol: jeden krk červí díry má magnetické pole jednoho znamení a druhý má jiné znamení, pouze druhý krk může být v jiném vesmíru. Tak či onak, magnetické monopóly dosud nebyly ve vesmíru objeveny, i když pátrání po nich pokračuje. Ale ve skutečnosti hledají elementární částice s touto vlastností. V případě červích děr je třeba hledat velké magnetické monopóly.
Jedním z úkolů nedávno spuštěné mezinárodní observatoře RadioAstron je hledání takových monopolů. To říká projektový manažer Nikolaj Kardashev v jednom ze svých rozhovorů:
"S těmito observatořemi se podíváme dovnitř černých děr a zkontrolujeme, zda se nejedná o červí díry." Pokud se ukáže, že uvidíme jen oblaka plynu prolétat kolem a budeme pozorovat různé efekty spojené například s gravitací černé díry, ohybem trajektorie světla, pak to bude černá díra. Pokud uvidíme rádiové vlny přicházející zevnitř, bude jasné, že se nejedná o černou díru, ale o červí díru. Sestrojme si obrázek magnetického pole pomocí Faradayova jevu. Na to zatím rozlišení pozemských dalekohledů nestačilo. A pokud se ukáže, že magnetické pole odpovídá monopólu, pak je to téměř jistě červí díra. Ale nejdřív je potřeba vidět.
...Nejprve plánujeme studovat supermasivní černé díry v centrech našich a blízkých galaxií. Pro nás se jedná o velmi kompaktní objekt o hmotnosti 3 milionů hmotností Slunce. Myslíme si, že je to černá díra, ale může to být i červí díra. Existují ještě grandióznější objekty. Konkrétně ve středu nejbližší hmotné galaxie M 87 v souhvězdí Panny se nachází černá díra o hmotnosti 3 miliard sluncí. Tyto objekty patří mezi nejdůležitější pro výzkum RadioAstronomer. Ale nejen oni. Existují například některé pulsary, které mohou být dvěma vchody do stejné červí díry. A třetím typem objektů jsou výboje gama záření na jejich místě se objevuje i krátkodobá optická a rádiová záře. Pozorujeme je čas od času i na velmi velké vzdálenosti – jako u nejvzdálenějších viditelných galaxií. Jsou velmi mocní a my ještě úplně nerozumíme tomu, co jsou. Obecně je nyní připraven katalog tisíců objektů k pozorování.“
Astrofyzici jsou si jisti: ve vesmíru jsou tunely, kterými se můžete přesunout do jiných vesmírů a dokonce i do jiných časů. Pravděpodobně vznikly, když vesmír právě začínal. Když, jak říkají vědci, se prostor „vařil“ a zakřivil.
Tyto kosmické „stroje času“ dostaly jméno „červí díry“. „Díra“ se od černé díry liší tím, že se tam můžete nejen dostat, ale také se vrátit zpět. Stroj času existuje. A to už není tvrzení spisovatelů sci-fi – čtyři matematické vzorce, které zatím teoreticky dokazují, že se můžete posunout jak do budoucnosti, tak do minulosti.
A počítačový model. Zhruba takto by měl vypadat „stroj času“ ve vesmíru: dvě díry v prostoru a čase spojené chodbou.
„V tomto případě mluvíme o velmi neobvyklých objektech, které byly objeveny v Einsteinově teorii. Podle této teorie je ve velmi silném poli prostor zakřivený a čas se buď stáčí, nebo zpomaluje, to jsou fantastické vlastnosti,“ vysvětluje Igor Novikov, zástupce ředitele Astrospace Center Lebedevova fyzikálního institutu.
Vědci nazývají takové neobvyklé objekty „červí díry“. To není vůbec lidský vynález, zatím jen příroda je schopna vytvořit stroj času. Dnes astrofyzici pouze hypoteticky prokázali existenci „červích děr“ ve vesmíru. Je to otázka cviku.
Hledání červích děr je jedním z hlavních úkolů moderní astronomie. „O černých dírách začali mluvit někde na konci 60. let, a když vytvořili tyto zprávy, vypadalo to jako sci-fi. Všem se zdálo, že je to naprostá fantazie – teď to mají všichni na rtech,“ říká Anatolij Čerepashchuk, ředitel Astronomického institutu Moskevské státní univerzity pojmenovaného po Sternbergovi. - Takže nyní jsou „červí díry“ také sci-fi, nicméně teorie předpovídá, že „červí díry“ existují. Jsem optimista a myslím si, že červí díry budou také někdy otevřeny."
„Červí díry“ patří k tak záhadnému jevu, jako je „temná energie“, která tvoří 70 procent vesmíru. „Teď byla objevena temná energie – je to vakuum, které má podtlak. A v zásadě by „červí díry“ mohly vzniknout ze stavu vakua,“ navrhuje Anatolij Čerepashchuk. Jedním z biotopů „červích děr“ jsou centra galaxií. Ale hlavní věcí je nezaměňovat je s černými dírami, obrovskými objekty, které se také nacházejí v centru galaxií.
Jejich hmotnost je miliardy našich Sluncí. Zároveň mají černé díry silnou gravitační sílu. Je tak velký, že odtud nemůže uniknout ani světlo, takže je běžným dalekohledem vidět nelze. Gravitační síla červích děr je také obrovská, ale když se podíváte dovnitř červí díry, můžete spatřit světlo minulosti.
„Ve středu galaxií, v jejich jádrech, jsou velmi kompaktní objekty, jsou to černé díry, ale předpokládá se, že některé z těchto černých děr vůbec nejsou černé díry, ale vstupy do těchto „červích děr,“ říká Igor Novikov. . Dnes bylo objeveno více než tři sta černých děr.
Ze Země do středu naší galaxie Mléčná dráha je 25 tisíc světelných let. Pokud se ukáže, že tato černá díra je „červí díra“, koridor pro cestování časem, lidstvo bude muset letět a letět k ní.
Ponořte se do gravitační studny na jedné straně červí díry a okamžitě se ocitněte na druhé straně. Miliony nebo miliardy světelných let daleko. A ačkoliv je teoreticky možné červí díry vytvořit, v praxi je to z toho, co v tuto chvíli víme, prakticky nemožné.
Prvním velkým problémem je, že červí díry jsou podle obecné teorie relativity neprůchodné. Přemýšlejte o tom: fyzika, která tyto věci předpovídá, nedovoluje, aby byly použity jako způsob dopravy. To je vážný argument proti nim.
Za druhé, i když se podaří vytvořit červí díry, budou zcela nestabilní a zhroutí se ihned po vytvoření. Pokud se pokusíte jít jedním směrem, můžete snadno skončit v černé díře.
Zatřetí, i kdyby byly průchodné a stabilní, jakýkoli materiál, který by se jimi pokusil projít – dokonce i fotony světla – by mohl vést ke kolapsu.
Je tu však jiskřička naděje, protože fyzici na to úplně nepřišli. To znamená, že samotný vesmír může skrývat fakta o červích dírách, kterým ještě nerozumíme. Existuje možnost, že se objevily přirozeně jako součást velkého třesku, kdy byl časoprostor celého vesmíru zapleten do singularity.
Astronomové navrhli hledat červí díry ve vesmíru pozorováním toho, jak jejich gravitace deformuje světlo hvězd za nimi. Zatím se ale nic nenašlo.
Existuje také možnost, že se červí díry objevují přirozeně, podobně jako virtuální částice, o kterých víme, že existují. Pouze budou extrémně malé, v Planckově měřítku. Budete potřebovat malou kosmickou loď.
Jedním z nejvíce fascinujících důsledků červích děr je, že mohou být použity pro cestování časem. Zde je návod, jak to funguje. Nejprve vytvořte v laboratoři červí díru. Pak vezměte jeden konec červí díry, umístěte ji na kosmickou loď a leťte rychlostí blízkou rychlosti světla, aby fungoval efekt dilatace času. Pro lidi na vesmírné lodi uplyne jen pár let, zatímco na Zemi uplynou stovky nebo dokonce tisíce let. Pokud dokážete udržet červí díru stabilní, otevřenou a průchodnou, může být cestování skrz ni docela zajímavé.
Pokud půjdete jedním směrem, nejen překlenete vzdálenost mezi červími dírami, ale také se přesunete z jednoho času do druhého. Navíc by to mělo fungovat v obou směrech, tam a zpět. Někteří fyzici jako Leonard Susskind si myslí, že to nebude fungovat, protože to porušuje dva základní principy fyziky: zachování místní energie a princip neurčitosti energie a času.
Bohužel se zdá, že červí díry jsou předurčeny zůstat v říši sci-fi v dohledné budoucnosti a možná navždy. I kdyby bylo možné vytvořit červí díru, musela by být stabilní a otevřená a museli bychom vymyslet, jak zabránit zhroucení hmoty v ní. Pokud však tento výkon někdy dosáhneme, problém cestování ve vesmíru bude vyřešen.
Krtčí díra. Co je to "krtek"?
Hypotetická „Červí díra“, která se také nazývá „červí díra“ nebo „červí díra“ (doslovný překlad Červí díry), je druh časoprostorového tunelu, který umožňuje objektu pohybovat se z bodu a do bodu b ve vesmíru, který není v přímka, ale ohýbáním kolem prostoru. Jednoduše řečeno, vezměte jakýkoli kus papíru, přeložte ho napůl a propíchněte, výsledná díra bude stejná červí díra
Existuje tedy teorie, že prostor ve vesmíru může být podmíněně stejný list papíru, pozor, pouze upravený pro třetí dimenzi. Různí vědci předpokládají, že díky Červí díry je možné cestovat v prostoru a čase. Ale zároveň nikdo přesně neví, jaká nebezpečí mohou červí díry představovat a co by ve skutečnosti mohlo být na jejich druhé straně.
Teorie červích děr.
V roce 1935 fyzici Albert Einstein a Nathan Rosen pomocí obecné teorie relativity navrhli, že ve vesmíru existují speciální „mosty“ napříč prostorem a časem. Tyto cesty, nazývané Einstein-Rosenovy mosty (neboli červí díry), spojují dva zcela odlišné body v časoprostoru tím, že teoreticky vytvářejí zakřivení prostoru, které zkracuje cestu z jednoho bodu do druhého.
Opět, hypoteticky, jakákoli červí díra se skládá ze dvou vchodů a hrdla (tedy toho stejného tunelu. V tomto případě mají vchody do červí díry s největší pravděpodobností kulovitý tvar a hrdlo může představovat buď přímý segment prostoru, resp. spirálový.
Cesta červí dírou.
První problém, který stojí v cestě možnosti takového cestování, je velikost červích děr. Předpokládá se, že úplně první červí díry byly velmi malé, asi 10-33 centimetrů, ale v důsledku expanze vesmíru bylo možné, že se samy červí díry rozšiřovaly a rostly spolu s ním. Dalším problémem červích děr je jejich stabilita. Nebo spíše nestabilita.
Jak je vysvětleno Einsteinovou-Rosenovou teorií, červí díry by byly pro cestování časoprostorem k ničemu, protože se velmi rychle zhroutí, ale novější výzkumy těchto problémů naznačují přítomnost „exotické hmoty“, která umožňuje červím dírám zachovat si svou strukturu po delší dobu. času.
Přesto teoretická věda věří, že pokud červí díry obsahují dostatek této exotické energie, která se buď objevuje přirozeně, nebo se objevuje uměle, pak bude možné přenášet informace nebo dokonce objekty prostřednictvím časoprostoru.
Stejné hypotézy naznačují, že červí díry mohou spojovat nejen dva body v rámci jednoho vesmíru, ale být také vstupem do jiných. Někteří vědci se domnívají, že pokud posunete jeden vchod do červí díry určitým způsobem, bude možné cestovat časem. Ale například slavný britský kosmolog Stephen Hawking věří, že takové použití červích děr je nemožné.
Některé vědecké mozky však trvají na tom, že pokud je stabilizace červích děr exotickou hmotou skutečně možná, pak bude možné, aby lidé těmito červími dírami bezpečně cestovali. A díky „obyčejné“ hmotě, je-li to žádoucí a nutné, mohou být takové portály zpětně destabilizovány.
Podle teorie relativity se nic nemůže pohybovat rychleji než světlo. To znamená, že se z tohoto gravitačního pole nemůže nic dostat, jakmile se do něj dostane. Oblast vesmíru, ze které není žádný východ, se nazývá černá díra. Jeho hranici určuje dráha světelných paprsků, které jako první ztratily možnost úniku. Říká se tomu horizont událostí černé díry. Příklad: při pohledu z okna nevidíme, co je za obzorem, a konvenční pozorovatel nemůže pochopit, co se děje uvnitř hranic neviditelné mrtvé hvězdy.
Fyzici našli známky existence jiného vesmíru
Více informací
Existuje pět typů černých děr, ale nás zajímá černá díra s hvězdnou hmotností. Takové objekty se tvoří v konečné fázi života nebeského tělesa. Obecně platí, že smrt hvězdy může mít za následek následující věci:
1. Promění se ve velmi hustou vyhaslou hvězdu, skládající se z řady chemických prvků – je to bílý trpaslík;
2. Neutronová hvězda - má přibližnou hmotnost Slunce a poloměr asi 10-20 kilometrů, uvnitř se skládá z neutronů a dalších částic a vně je uzavřena v tenké, ale tvrdé slupce;
3. Do černé díry, jejíž gravitační přitažlivost je tak silná, že dokáže nasát předměty letící rychlostí světla.
Když nastane supernova, tedy „znovuzrození“ hvězdy, vznikne černá díra, kterou lze detekovat pouze díky vyzařovanému záření. Je to ona, kdo je schopen vytvořit červí díru.
Pokud si černou díru představíte jako trychtýř, pak objekt, který do ní spadne, ztratí horizont událostí a spadne dovnitř. Tak kde je červí díra? Nachází se přesně ve stejném trychtýři, připojeném k tunelu černé díry, kde východy směřují ven. Vědci se domnívají, že druhý konec červí díry je spojen s bílou dírou (opakem černé díry, do které nemůže nic spadnout).
Krtčí díra. Černé díry Schwarzschild a Reisner-Nordström
Schwarzschildova černá díra může být považována za neproniknutelnou červí díru. Pokud jde o Reisner-Nordströmovu černou díru, její struktura je poněkud komplikovanější, ale je také neprostupná. Vymyslet a popsat čtyřrozměrné červí díry ve vesmíru, kterými by se dalo projít, však není tak těžké. Stačí si vybrat požadovaný typ metriky. Metrický tenzor nebo metrika je soubor veličin, pomocí kterých lze vypočítat čtyřrozměrné intervaly, které existují mezi body událostí. Tento soubor veličin také plně charakterizuje gravitační pole a geometrii časoprostoru. Geometricky průchodné červí díry ve vesmíru jsou ještě jednodušší než černé díry. Nemají horizonty, které by postupem času vedly ke kataklyzmatům. V různých bodech se čas může pohybovat různými rychlostmi, ale neměl by se donekonečna zastavovat ani zrychlovat.
Pulsars: The Beacon Factor
Pulsar je v podstatě rychle rotující neutronová hvězda. Neutronová hvězda je vysoce zhutněné jádro mrtvé hvězdy, které zbylo po výbuchu supernovy. Tato neutronová hvězda má silné magnetické pole. Toto magnetické pole je asi jeden bilionkrát silnější než magnetické pole Země. Magnetické pole způsobuje, že neutronová hvězda vysílá silné rádiové vlny a radioaktivní částice ze svých severních a jižních pólů. Tyto částice mohou zahrnovat různá záření, včetně viditelného světla.
Pulsary, které vyzařují silné gama paprsky, jsou známé jako gama pulsary. Pokud má neutronová hvězda svůj pól obrácený k Zemi, pak můžeme rádiové vlny vidět pokaždé, když se jeden z pólů dostane do našeho pohledu. Tento efekt je velmi podobný efektu majáku. Stacionárnímu pozorovateli se zdá, že světlo rotujícího majáku neustále bliká, pak mizí a zase se objevuje. Stejně tak se nám zdá, že pulsar bliká, když otáčí svými póly vzhledem k Zemi. Různé pulsary emitují pulsy různými rychlostmi v závislosti na velikosti a hmotnosti neutronové hvězdy. Někdy může mít pulsar satelit. V některých případech může svého společníka přitahovat, což způsobí, že se roztočí ještě rychleji. Nejrychlejší pulsary mohou vysílat více než sto pulsů za sekundu.
Hypotetická „červí díra“, která se také nazývá „červí díra“ nebo „červí díra“ (doslovný překlad slova červí díra), je druh časoprostorového tunelu, který umožňuje objektu pohybovat se z bodu A do bodu B ve vesmíru, který není ve vesmíru. přímka, ale ohýbáním kolem prostoru. Jednoduše řečeno, vezměte jakýkoli kus papíru, přeložte ho napůl a propíchněte, výsledná díra bude stejná červí díra. Existuje tedy teorie, že prostor ve vesmíru může být podmíněně stejný list papíru, pouze upravený pro třetí dimenzi. Různí vědci předpokládají, že cestování v časoprostoru je možné díky červím dírám. Ale zároveň nikdo přesně neví, jaká nebezpečí mohou červí díry představovat a co by ve skutečnosti mohlo být na jejich druhé straně.
Teorie červí díry
V roce 1935 fyzici Albert Einstein a Nathan Rosen pomocí obecné teorie relativity navrhli, že ve vesmíru existují speciální „mosty“ napříč časoprostorem. Tyto cesty, nazývané Einstein-Rosenovy mosty (neboli červí díry), spojují dva zcela odlišné body v časoprostoru tím, že teoreticky vytvářejí zakřivení v prostoru, které zkracuje cestu z jednoho bodu do druhého.
Opět, hypoteticky, jakákoli červí díra se skládá ze dvou vchodů a krku (tedy stejného tunelu). V tomto případě jsou vstupy do červí díry s největší pravděpodobností kulovitého tvaru a krk může představovat buď přímý segment prostoru, nebo spirálu.
Obecná teorie relativity matematicky dokazuje možnost existence červích děr, ale zatím žádnou z nich lidé neobjevili. Potíž při jeho detekci spočívá v tom, že předpokládaná obrovská masa červích děr a gravitační efekty světlo jednoduše absorbují a brání jeho odrazu.
Několik hypotéz založených na obecné teorii relativity naznačuje existenci červích děr, kde roli vstupu a výstupu hrají černé díry. Ale stojí za zvážení, že vzhled samotných černých děr, vytvořených z exploze umírajících hvězd, v žádném případě nevytváří červí díru.
Cesta červí dírou
Ve sci-fi není neobvyklé, že hlavní hrdinové cestují červími dírami. Ale ve skutečnosti taková cesta zdaleka není tak jednoduchá, jak se ukazuje ve filmech a vypráví ve sci-fi literatuře.
První problém, který stojí v cestě možnosti takového cestování, je velikost červích děr. Předpokládá se, že úplně první červí díry byly velmi malé, asi 10-33 centimetrů, ale kvůli expanzi vesmíru bylo možné, že se červí díry samy rozšiřovaly a rostly spolu s ním. Dalším problémem červích děr je jejich stabilita. Nebo spíše nestabilita.
Červí díry vysvětlené Einsteinovou-Rosenovou teorií by byly pro cestování časoprostorem k ničemu, protože se velmi rychle zhroutí (uzavřou). Novější výzkumy těchto otázek však naznačují přítomnost „exotické hmoty“, která umožňuje norám udržet si svou strukturu po delší dobu.
Tato exotická hmota, která by se neměla zaměňovat s černou hmotou a antihmotou, se skládá z negativní hustoty energie a kolosálního podtlaku. Zmínka o takové hmotě je přítomna pouze v některých teoriích vakua v rámci kvantové teorie pole.
Přesto teoretická věda věří, že pokud by červí díry obsahovaly dostatek této exotické energie, ať už přirozeně se vyskytující nebo uměle vytvořené, bylo by možné přenášet informace nebo dokonce předměty napříč časoprostorem.
Stejné hypotézy naznačují, že červí díry mohou spojovat nejen dva body v rámci jednoho vesmíru, ale být také vstupem do jiných. Někteří vědci se domnívají, že pokud posunete jeden vchod do červí díry určitým způsobem, bude možné cestovat časem. Ale například slavný britský kosmolog Stephen Hawking věří, že takové použití červích děr je nemožné.
Někteří vědci však trvají na tom, že pokud je stabilizace červích děr exotickou hmotou skutečně možná, pak bude možné, aby lidé těmito červími dírami bezpečně cestovali. A díky „obyčejné“ hmotě, je-li to žádoucí a nutné, mohou být takové portály zpětně destabilizovány.
Dnešní lidská technologie bohužel nestačí na to, aby umožnila umělé zvětšení a stabilizaci červích děr v případě jejich objevení. Vědci ale pokračují ve zkoumání konceptů a metod pro rychlé cestování vesmírem a možná jednou věda přijde se správným řešením.
Video Červí díra: dveře k zrcadlu
Fanoušci sci-fi doufají, že lidstvo jednoho dne bude moci cestovat do vzdálených končin vesmíru skrz červí díru.
Červí díra je teoretický tunel časoprostorem, který by mohl potenciálně umožnit rychlejší cestování mezi vzdálenými body ve vesmíru – například z jedné galaxie do druhé, jak je vidět ve filmu Christophera Nolana Interstellar, který byl v kinech po celém světě uveden dříve Měsíc.
Zatímco podle Einsteinovy teorie obecné relativity je existence červích děr možná, takové exotické cestování pravděpodobně zůstane v oblasti sci-fi, řekl renomovaný astrofyzik Kip Thorne z California Institute of Technology v Pasadeně, který působil jako poradce a výkonný producent na "Mezihvězdný."
"Jde o to, že o nich prostě nic nevíme," řekl Thorne, který je jedním z předních světových odborníků na relativitu, černé díry a červí díry. "Existují ale velmi silné náznaky, že podle fyzikálních zákonů jimi lidé nebudou moci cestovat."
"Hlavním důvodem je nestabilita červích děr," dodal. "Stěny červích děr se zhroutí tak rychle, že se jimi nic nedostane."
Udržování otevřených červích děr bude vyžadovat použití něčeho antigravitačního, totiž negativní energie. Negativní energie byla vytvořena v laboratoři pomocí kvantových efektů: jedna oblast prostoru přijímá energii jiné oblasti, což vytváří nedostatek.
"Takže je to teoreticky možné," řekl. "Ale nikdy nebudeme schopni získat dostatek negativní energie, abychom udrželi stěny červí díry otevřené."
Navíc červí díry (pokud vůbec existují) se téměř jistě nemohou tvořit přirozeně. To znamená, že musí být vytvořeny s pomocí rozvinuté civilizace.
Přesně to se stalo v Interstellar: Tajemná stvoření postavila červí díru poblíž Saturnu, což umožnilo malé skupině průkopníků v čele s bývalým farmářem Cooperem (hrál Matthew McConaughey) hledat nový domov pro lidstvo, které existuje na Zemi. Hrozí globální neúroda.
Ti, kteří se chtějí dozvědět více o vědě ve filmu "Interstellar", který zkoumá otázky gravitačního zpomalení a zobrazuje několik cizích planet obíhajících v okolí, by si měli přečíst Thornovu novou knihu, která se výslovně nazývá "The Science of Interstellar".
Kde se červí díra nachází? Červí díry v obecné relativitě
(GR) umožňuje existenci takových tunelů, ačkoli pro existenci průchodné červí díry je nutné, aby byla vyplněna negativní, což vytváří silné gravitační odpuzování a zabraňuje zřícení nory. Řešení, jako jsou červí díry, se objevují v různých variantách, i když tato problematika je stále velmi daleko od úplného prozkoumání.
Oblast poblíž nejužší části krtince se nazývá „hrdlo“. Červí díry se dělí na „vnitrovesmírné“ a „mezivesmírové“ podle toho, zda lze jejich vchody propojit křivkou, která neprotíná krk.
Jsou zde i sjízdné a neprůchodné krtince. Posledně jmenované jsou tunely, které jsou příliš rychlé na to, aby pozorovatel nebo signál (který nemá rychlost vyšší než světlo) cestoval od jednoho vchodu k druhému. Klasickým příkladem neprůchodného krtince je -in a průchozí -.
Průchodná červí díra uvnitř světa poskytuje hypotetickou možnost, pokud se například jeden z jejích vchodů pohybuje vzhledem k jinému nebo pokud je na silném místě, kde se tok času zpomaluje. Červí díry mohou také hypoteticky vytvářet příležitost pro mezihvězdné cestování a v této funkci se červí díry často nacházejí.
Vesmírné červí díry. Přes červí díry ke hvězdám?
Bohužel se zatím nemluví o praktickém využití „červích děr“ k dosažení vzdálených vesmírných objektů. Jejich vlastnosti, odrůdy a možná umístění jsou zatím známy pouze teoreticky - i když, jak vidíte, je to už docela hodně. Koneckonců, máme mnoho příkladů, jak konstrukce teoretiků, které se zdály čistě spekulativní, vedly ke vzniku nových technologií, které radikálně změnily život lidstva. Jaderná energetika, počítače, mobilní komunikace, genetické inženýrství... a kdo ví co ještě?
Mezitím je o „červích dírách“ nebo „červích dírách“ známo následující. V roce 1935 Albert Einstein a americko-izraelský fyzik Nathan Rosen navrhli existenci jakýchsi tunelů spojujících různé vzdálené oblasti vesmíru. V té době se jim ještě neříkalo „červí díry“ nebo „červí díry“, ale jednoduše „Einstein-Rosenovy mosty“. Protože vznik takových mostů vyžadoval velmi silné zakřivení prostoru, jejich životnost byla velmi krátká. Nikdo a nic by nestihlo takový most „přeběhnout“ – vlivem gravitace by se téměř okamžitě „zřítil“.
A proto zůstal v praktickém smyslu zcela zbytečný, ačkoliv je to zajímavý důsledek obecné teorie relativity.
Později se však objevily představy, že některé interdimenzionální tunely mohou existovat poměrně dlouho – za předpokladu, že by byly vyplněny nějakou exotickou hmotou s negativní hustotou energie. Taková hmota vytvoří gravitační odpuzování místo přitažlivosti, a tím zabrání „kolabování“ kanálu. Tehdy se objevil název „červí díra“. Mimochodem, naši vědci preferují jméno „krtek“ nebo „červí díra“: význam je stejný, ale zní mnohem příjemněji...
Americký fyzik John Archibald Wheeler (1911-2008), rozvíjející teorii „červích děr“, navrhl, že jsou prostoupeny elektrickým polem; Navíc samotné elektrické náboje jsou ve skutečnosti krky mikroskopických „červích děr“. Ruský astrofyzik akademik Nikolaj Semjonovič Kardashev věří, že „červí díry“ mohou dosáhnout gigantických rozměrů a že ve středu naší Galaxie nejsou masivní černé díry, ale ústí takových „děr“.
Prakticky zajímavé pro budoucí vesmírné cestovatele budou „červí díry“, které se udržují ve stabilním stavu po poměrně dlouhou dobu a jsou vhodné i pro průlet vesmírných lodí.
Američané Kip Thorne a Michael Morris vytvořili teoretický model takových kanálů. Jejich stabilitu však zajišťuje „exotická hmota“, o které se vlastně nic neví a do které je snad lepší, aby se nepletla ani pozemská technika.
Ale ruští teoretici Sergej Krasnikov z observatoře Pulkovo a Sergej Sushkov z Kazaňské federální univerzity předložili myšlenku, že stability červí díry lze dosáhnout bez jakékoli záporné hustoty energie, ale jednoduše díky polarizaci vakua v „díře“ (tzv. Suškovův mechanismus) .
Obecně nyní existuje celá řada teorií „červích děr“ (nebo, chcete-li, „červích děr“). Velmi obecná a spekulativní klasifikace je rozděluje na „průchozí“ – stabilní, červí díry Morris-Thorne a neprůchodné – mosty Einstein-Rosen. Kromě toho se červí díry liší v měřítku - od mikroskopických po gigantické, velikostně srovnatelné s galaktickými „černými dírami“. A konečně podle jejich účelu: „vnitrovesmír“, spojující různá místa téhož zakřiveného vesmíru a „mezivesmír“, umožňující člověku dostat se do jiného časoprostorového kontinua.
