Wormhole: historie, teori, typer, trening, reise i tid

Et ormhull, i astrofysikk og kosmologi, er en passasje som forbinder to punkter i stoffet av spacetime. Akkurat som det fallende eple inspirerte teorien om gravitationen til Isaac Newton i 1687, har ormene som perforerer eplene inspirert til nye teorier, også innenfor rammen av gravitasjon.

Akkurat som ormen klarer å nå et annet punkt på overflaten av blokken gjennom en tunnel, er romtidsmaskehull teoretiske snarveier som gjør det mulig å reise til fjerne steder i universet på kort tid.

Det er en ide som har fanget og fortsetter å fange fantasien til mange. I mellomtiden er kosmologer opptatt med å lete etter måter å bevise deres eksistens på. Men for øyeblikket er de fortsatt gjenstand for spekulasjon.

For å komme litt nærmere forståelsen av ormhuller, må muligheten for å reise i tid gjennom dem og forskjellene som eksisterer mellom ormhull og svarte hull, vi må sette oss i begrepet spacetime.

Hva er spacetime?

Begrepet romtid er nært knyttet til ormhullets. Derfor er det nødvendig å etablere først hva det er og hva dens hovedkarakteristikk er.

Spacetime er hvor hver eneste begivenhet i universet oppstår. Og universet er i sin helhet romtiden, som er i stand til å huske alle former for materie-energi og mer ...

Når kjæresten møter kjæresten, er det en hendelse, men denne hendelsen har noen romlige koordinater: møtestedet. Og en temporal koordinat: år, måned, dag og time for møtet.

En stjernes fødsel eller eksplosjonen av en supernova er også hendelser som foregår i romtid.

Nå, i et område i universet uten masse og samspill, er romtid flat. Dette betyr at to lysstråler som starter parallelt, fortsetter som dette, så lenge de forblir i den regionen. Forresten, for en stråle av lys, er tiden evig.

Selvfølgelig er romtid ikke alltid flat. Universet inneholder objekter som har masse som endrer romtiden, med opprinnelse av en romtidskrumning på universell skala.

Det var Albert Einstein selv som skjønte, i et øyeblikk av inspirasjon at han kalte "den lykkeligste ideen i livet mitt", at en akselerert observatør ikke er lokalisert på noen måte som er nær en massiv gjenstand. Det er det kjente prinsippet om ekvivalens.

Og en akselerert observatørkurver mellomrom, det vil si at euklidisk geometri ikke lenger er gyldig. Derfor, i omgivelsene til et massivt objekt som en stjerne, en planet, en galakse, et svart hull eller selve universet, er romtiden buet.

Denne krumningen oppfattes av mennesker som en kraft kalt tyngdekraften, daglig men mystisk samtidig.

Gravity er like gåtefull som den kraften som skyver oss fremover når bussen vi reiser på, plutselig stopper. Det er som om plutselig noe usynlig, mørkt og massivt stod et øyeblikk foran oss og tiltrukket oss, skyv oss plutselig fremover.

Planeter beveger seg i elliptisk form rundt Sola fordi massen av denne gir en depresjon i romtidsoverflaten som fører til at planeterne kurver sine baner. En lysende stråle kurver også sin bane etter romtidsdepresjonen som Solen produserer.

Tunneler gjennom romtid

Hvis romtiden er en buet overflate, forhindrer det i prinsippet ingenting i et område som forbinder med en annen gjennom en tunnel. Å reise gjennom en tunnel som dette vil innebære ikke bare å skifte steder, men også tilby muligheten til å gå til en annen tid.

Denne ideen har inspirert mange bøker, serier og filmer av science fiction, blant annet den berømte amerikanske serien på sekstitallet "Tidens tunnel" og mer nylig "Deep Space 9" av Star Trek-franchisen og 2014 Interstellar-filmen.

Ideen kom fra samme Einstein, som leter etter løsninger på feltekvivalenter av generell relativitet, funnet med Nathan Rosen en teoretisk løsning som tillot å koble to forskjellige områder av romtid gjennom en tunnel som fungerte som en snarvei.

Denne løsningen er kjent som Einstein-Rosenbroen og vises i et arbeid som ble publisert i 1935.

Imidlertid ble ordet "ormhull" brukt for første gang i 1957, takket være teoretiske fysikere John Wheeler og Charles Misner i en publikasjon det året. Tidligere hadde det vært snakk om "endimensjonale rør" for å referere til den samme ideen.

Senere i 1980 skrev Carl Sagan sciencefiction-novellen "Contact", en bok der en film ble laget senere. Hovedpersonen ved navn Elly oppdager intelligent utenjordisk liv 25 tusen lysår unna. Carl Sagan ville Elly reise der, men på en måte var det vitenskapelig troverdig.

Å reise 25 tusen lysår unna er ikke en lett oppgave for et menneske, med mindre en snarvei er søkt. Et svart hull kan ikke være en løsning, siden når den nærmer seg singulariteten, ville differensial tyngdekraften rive skipet og dets mannskap.

På jakt etter andre muligheter, konsulterte Carl Sagan en av de viktigste svarte hullekspertene av tiden: Kip Thorne, som begynte å tenke på saken og innså at Einstein-Rosen broer eller ormhuller Wheeler var løsningen.

Men Thorne la også merke til at den matematiske løsningen var ustabil, det vil si at tunnelen åpner, men på kort tid snurrer det og forsvinner.

Ustabiliteten av ormhuller

Er det mulig å bruke ormhuller til å reise store avstander i rom og tid?

Siden de ble utviklet, har ormhuller tjent i mange science fiction tomter å ta sine hovedpersoner til fjerne steder og oppleve paradokser av ikke-lineær tid.

Kip Thorne fant to mulige løsninger på problemet med ustabilitet av ormhuller:

  • Gjennom det såkalte kvanteskummet . På Planck-skalaen (10-35 m) er det kvantesvingninger som er i stand til å koble to områder av tidsrom gjennom mikrotunneler. En meget avansert hypotetisk sivilisasjon kunne finne en måte å utvide passasjerene og holde dem lenge nok til at et menneske skal passere.
  • Negativ masse materie. Ifølge beregningene publisert i 1990 av Thorne selv, ville det ta enorme mengder av dette merkelige stoffet for å holde endene av ormhullet åpne.

Den bemerkelsesverdige tingen om denne siste løsningen er at i motsetning til svarte hull er det ingen singularitet eller kvantfenomener, og passasjen av mennesker gjennom denne typen tunnel ville være mulig.

På denne måten ville ormhuller ikke bare tillate å forbinde fjerne regioner i rommet, men også adskilt i tid. Derfor er de maskiner for å reise i tide.

Stephen Hawking, den store referansen til kosmologien i slutten av det tjuende århundre, trodde ikke gjennomførbare eller ormhuller eller tidsmaskiner, på grunn av de mange paradoksene og motsetningene som oppstår fra dem.

Det har ikke redusert andre forskers ånder, som har foreslått muligheten for at to sorte hull i forskjellige romtider er forbundet internt med et ormhull.

Selv om dette ikke ville være praktisk for romturen, ville det ikke være noen mulighet for å forlate ved den andre enden, siden det er et annet svart hull, bortsett fra de trengsler som ville bringe for å komme inn i det sorte hulls singularitet.

Forskjeller mellom svarte hull og ormhull

Når du snakker om et ormhull, tenker du også umiddelbart på svarte hull.

Et svart hull dannes naturlig, etter evolusjon og død av en stjerne som har en viss kritisk masse.

Det oppstår etter at stjernen har uttømt sitt atombrensel og begynner å kontraheres irreversibelt på grunn av sin egen tyngdekraft. Det fortsetter ubarmhjertet til det fører til en slik sammenbrudd at ingenting mindre enn hendelseshorisontens radius kan unnslippe, ikke engang lys.

Til sammenligning er et ormhull en eksepsjonell forekomst, en konsekvens av en hypotetisk anomali i krumning av romtid. I teorien er det mulig å gå gjennom dem.

Men hvis noen prøvde å passere gjennom et svart hull, ville den intense tyngdekraften og ekstreme strålingen i nærheten av singulariteten gjøre den til en tynn tråd av subatomære partikler.

Det er indirekte bevis og bare veldig nylig direkte bevis på eksistensen av svarte hull. Blant disse bevisene er utslipp og deteksjon av gravitasjonsbølger ved tiltrekning og rotasjon av to kolossale sorte hull, oppdaget av LIGO gravitasjonsbølgeobservatoriet.

Det er bevis på at i midten av store galakser, som vår Milky Way, er det et supermassivt svart hull.

Den raske rotasjonen av stjernene nær sentrum, samt den enorme mengden høyfrekvent stråling som kommer fra den, er indirekte bevis på at det er et stort svart hull som forklarer tilstedeværelsen av disse fenomenene.

Det var først 10. april 2019 at det første bildet av et supermassivt svart hull (7000 millioner ganger solens masse) ble vist til verden, lokalisert i en svært fjern galakse: Messier 87 i Virgilens konstellasjon til 55 millioner av lysår fra Jorden.

Dette bildet av et svart hull ble gjort mulig takket være det verdensomspennende teleskopnettverket, kalt "Event Horizon Telescope", med deltagelse av over 200 forskere fra hele verden.

Av ormhullene i stedet er det ingen bevis til dags dato. Forskere har kunnet oppdage og spore et svart hull, men det samme har ikke vært mulig med ormhull.

Derfor er de hypotetiske gjenstander, selv om de er teoretisk gjennomførbare, da de samtidig var svarte hull.

Variety / typer ormhuller

Selv om de ennå ikke er oppdaget, eller kanskje nettopp på grunn av dette, har de forestilt seg forskjellige muligheter for ormhull. Alle er teoretisk gjennomførbare, siden de tilfredsstiller Einsteins ligninger for generell relativitet. Her er noen:

  • Wormholes som forbinder to spatio-temporal regioner i samme univers.
  • Wormholes i stand til å koble et univers med et annet univers.
  • Broer av Einstein-Rosen, som i det hele tatt kunne passere fra en åpning til den andre. Selv om dette trinnet i saken ville føre til ustabilitet, forårsaker tunnelen å kollapse på seg selv.
  • Wormhole av Kip Thorne, med et sfærisk skall av negativ massemasse. Det er stabilt og atravesable i begge retninger.
  • Det såkalte Schwarzschild ormhullet, som består av to statiske sorte hull som er tilkoblet. De er ikke traversable, siden materie og lys er fanget mellom begge ender.
  • Wormholes med belastning og / eller rotasjon eller Kerr, bestående av to internt forbundne dynamiske svarte hull, traversable i en enkelt retning.
  • Kvantum romtidskum, hvis eksistens er teoretisert på det subatomære nivå. Skummet består av svært ustabile subatomære tunneler som forbinder forskjellige områder. For å stabilisere og utvide dem ville det være nødvendig å lage et plasma av kvarker og gluoner, noe som ville kreve en nesten uendelig mengde energi for sin generasjon.
  • Mer nylig, takket være strengteori, har det blitt teoretisert om ormhuller som støttes av kosmiske strenger.
  • Svarte hull sammenflettet og deretter separert, hvorfra det oppstår et mellomromshull, eller Einstein-Rosenbro som holdes sammen av tyngdekraften. Det er en teoretisk løsning som ble foreslått i september 2013 av fysikerne Juan Maldacena og Leonard Susskind.

Alt er helt mulig, siden de ikke er i strid med Einsteins likninger av generell relativitet.

Er det mulig å se ormhuller en dag?

I lang tid var svarte hull teoretiske løsninger på Einsteins ligninger. Einstein selv spurte muligheten for at de noen gang kunne bli oppdaget av menneskeheten.

Så lenge ble de svarte hullene en teoretisk prediksjon, til de ble funnet og lokalisert. Forskere har samme håp for ormhull.

Det er veldig mulig at de også er der, men de har ennå ikke lært å finne dem. Selv om ormhuller ifølge en svært nylig publisering ville gi spor og skygger observerbare selv med teleskoper.

Det antas at fotoner beveger seg rundt ormhullet som genererer en lysende ring. De nærmeste fotene faller inn og etterlater seg en skygge som skiller dem fra svarte hull.

Ifølge Rajibul Shaikh, en fysiker ved Tata Institute of Fundamental Research i Mumbai i India, ville en type roterende ormhull produsere en større og skjev skygge enn et svart hull.

I sitt arbeid har Shaikh studert de teoretiske skyggene som projiseres av en bestemt klasse roterende ormhuller, med fokus på den avgjørende rollen i hullets hals for dannelsen av en fotonskygge som identifiserer og skiller den fra et svart hull.

Shaikh har også analysert skyggenes avhengighet med ormhullets rotasjon og har også sammenlignet det med skyggen som projiseres av et roterende svart hull i Kerr, og finner betydelige forskjeller. Det er et helt teoretisk arbeid.

Bortsett fra det, for øyeblikket forblir ormhuller som matematiske abstraksjoner, men det er mulig at man snart kan se dem. Hva er på den andre ekstremen, er det for tiden gjenstand for formodning.