Stjärnuniversumet är fyllt av många mysterier. Enligt den allmänna relativitetsteorin (GR), skapad av Einstein, lever vi i en fyrdimensionell rumtid. Den är böjd och gravitationen, som vi alla känner igen, är en manifestation av denna egenskap. Materia böjer, "böjer" utrymmet runt sig själv, och ju mer, desto tätare är det. Rum, rum och tid är alla mycket intressanta ämnen. Efter att ha läst den här artikeln kommer du säkert att lära dig något nytt om dem.
Idén om krökning
Många andra teorier om gravitation, som det finns hundratals av idag, skiljer sig från allmän relativitet i detaljer. Men alla dessa astronomiska hypoteser behåller det viktigaste - idén om krökning. Om utrymmet är krökt kan vi anta att det till exempel kan ha formen av ett rör som förbinder områden som är åtskilda av många ljusår. Och kanske till och med epoker långt ifrån varandra. När allt kommer omkring talar vi inte om rummet som är bekant för oss, utan om rum-tid när vi betraktar kosmos. Ett hål i denvisas endast under vissa förutsättningar. Vi inbjuder dig att titta närmare på ett så intressant fenomen som maskhål.
Första idéer om maskhål
Djupa rymden och dess mysterier lockar. Tankar om krökning dök upp direkt efter att GR publicerats. L. Flamm, en österrikisk fysiker, sa redan 1916 att rumsgeometri kan existera i form av ett slags hål som förbinder två världar. Matematikern N. Rosen och A. Einstein 1935 märkte att de enklaste lösningarna av ekvationer inom ramen för allmän relativitet, som beskriver isolerade elektriskt laddade eller neutrala källor som skapar gravitationsfält, har en rumslig "bro"-struktur. Det vill säga, de förbinder två universum, två nästan platta och identiska rum-tider.
Senare blev dessa rumsliga strukturer kända som "maskhål", vilket är en ganska lös översättning av det engelska ordet maskhål. En närmare översättning av det är "maskhål" (i rymden). Rosen och Einstein uteslöt inte ens möjligheten att använda dessa "broar" för att beskriva elementarpartiklar med deras hjälp. Faktum är att i detta fall är partikeln en rent rumslig formation. Därför finns det inget behov av att specifikt modellera laddningskällan eller massan. Och en avlägsen extern observatör, om maskhålet har mikroskopiska dimensioner, ser bara en punktkälla med laddning och massa i ett av dessa utrymmen.
Einstein-Rosen "Bridges"
Elektriska kraftlinjer kommer in i hålan från ena sidan och från andra sidan går de ut utan att sluta eller börja någonstans. J. Wheeler, en amerikansk fysiker, sa vid detta tillfälle att "laddning utan laddning" och "massa utan massa" erhålls. Det är inte alls nödvändigt i detta fall att tänka på att bron tjänar till att förbinda två olika universum. Inte mindre lämpligt skulle antagandet vara att ett maskhåls båda "munnar" går ut i samma universum, men vid olika tidpunkter och vid olika punkter i det. Det visar sig något som liknar ett ihåligt "handtag", om det sys till en nästan platt bekant värld. Kraftlinjerna kommer in i munnen, vilket kan förstås som en negativ laddning (låt oss säga en elektron). Munnen som de kommer ur har en positiv laddning (positron). När det gäller massorna kommer de att vara lika på båda sidor.
Villkor för bildandet av Einstein-Rosens "broar"
Den här bilden har, trots att den är attraktiv, inte vunnit mark i partikelfysik, av många anledningar. Det är inte lätt att tillskriva kvantegenskaper till Einstein-Rosens "broar", som är oumbärliga i mikrovärlden. En sådan "bro" bildas inte alls för kända värden för laddningar och massor av partiklar (protoner eller elektroner). Den "elektriska" lösningen förutsäger istället en "bar" singularitet, det vill säga en punkt där det elektriska fältet och rymdens krökning blir oändliga. Vid sådana punkter, konceptetrum-tid, även i fallet med krökning, förlorar sin betydelse, eftersom det är omöjligt att lösa ekvationer som har ett oändligt antal termer.
När misslyckas GR?
OTO anger i sig själv exakt när den slutar fungera. På nacken, på "brons" smalaste plats, finns det en kränkning av anslutningens jämnhet. Och det måste sägas att det är ganska otrivi alt. Från positionen för en avlägsen observatör stannar tiden vid denna hals. Vad Rosen och Einstein trodde var halsen definieras nu som händelsehorisonten för ett svart hål (oavsett om det är laddat eller neutr alt). Strålar eller partiklar från olika sidor av "bron" faller på olika "sektioner" av horisonten. Och mellan dess vänstra och högra del, relativt sett, finns det ett icke-statiskt område. För att passera området är det omöjligt att inte passera det.
Oförmåga att passera genom ett svart hål
Ett rymdskepp som närmar sig horisonten för ett relativt stort svart hål verkar frysa för alltid. Allt mer sällan når signaler från den … Tvärtom nås horisonten enligt skeppets klocka på en begränsad tid. När ett skepp (en ljusstråle eller en partikel) passerar det, kommer det snart att hamna i en singularitet. Det är här krökningen blir oändlig. I singulariteten (fortfarande på väg dit) kommer den förlängda kroppen oundvikligen att slitas och krossas. Detta är verkligheten i hur ett svart hål fungerar.
Ytterligare forskning
Under 1916-17. Lösningar från Reisner-Nordström och Schwarzschild erhölls. I demsfäriskt beskriver symmetriska elektriskt laddade och neutrala svarta hål. Men fysiker kunde till fullo förstå den komplexa geometrin i dessa utrymmen först vid 1950- och 60-talens skiftning. Det var då som D. A. Wheeler, känd för sitt arbete inom gravitationsteorin och kärnfysik, föreslog termerna "maskhål" och "svart hål". Det visade sig att det i Reisner-Nordströms och Schwarzschilds utrymmen verkligen finns maskhål i rymden. De är helt osynliga för en avlägsen observatör, som svarta hål. Och precis som dem är maskhål i rymden eviga. Men om resenären penetrerar bortom horisonten kollapsar de så snabbt att varken en ljusstråle eller en massiv partikel, än mindre ett skepp, kan flyga genom dem. För att flyga till en annan mun, förbi singulariteten, måste du röra dig snabbare än ljuset. För närvarande tror fysiker att supernovahastigheter för energi och materia är i grunden omöjliga.
Svarta hål från Schwarzschild och Reisner-Nordström
Det svarta hålet i Schwarzschild kan betraktas som ett ogenomträngligt maskhål. När det gäller det svarta hålet Reisner-Nordström är det något mer komplicerat, men också oframkomligt. Ändå är det inte så svårt att komma på och beskriva fyrdimensionella maskhål i rymden som skulle kunna korsas. Du behöver bara välja vilken typ av mått du behöver. Den metriska tensorn, eller metriken, är en uppsättning värden som kan användas för att beräkna de fyrdimensionella intervallen som finns mellan händelsepunkter. Denna uppsättning värden karaktäriserar till fullo både gravitationsfältet ochrum-tidsgeometri. Geometriskt genomflyttbara maskhål i rymden är till och med enklare än svarta hål. De har inga horisonter som leder till katastrofer med tiden. Vid olika tillfällen kan tiden gå i en annan takt, men den bör inte stanna eller snabba upp oändligt.
Två rader av maskhålsforskning
Naturen har satt en barriär för uppkomsten av maskhål. En person är dock inrättad på ett sådant sätt att om det finns ett hinder så kommer det alltid att finnas de som vill övervinna det. Och forskare är inget undantag. Verken av teoretiker som är engagerade i studiet av maskhål kan villkorligt delas in i två områden som kompletterar varandra. Den första handlar om att överväga deras konsekvenser, förutsatt att det i förväg finns maskhål. Representanter för den andra riktningen försöker förstå från vad och hur de kan visas, vilka villkor som är nödvändiga för deras förekomst. Det finns fler verk i den här riktningen än i det första och kanske är de mer intressanta. Det här området inkluderar sökandet efter modeller av maskhål, såväl som studier av deras egenskaper.
Ryska fysikers prestationer
Det visade sig att materiens egenskaper, som är materialet för konstruktion av maskhål, kan realiseras på grund av polariseringen av kvantfältens vakuum. De ryska fysikerna Sergei Sushkov och Arkady Popov, tillsammans med den spanske forskaren David Hochberg, och Sergei Krasnikov, kom nyligen fram till denna slutsats. Vakuumet i det här fallet är det intetomhet. Detta är ett kvanttillstånd som kännetecknas av den lägsta energin, det vill säga ett fält där det inte finns några riktiga partiklar. I detta fält uppträder ständigt par av "virtuella" partiklar, som försvinner innan de upptäcks av enheter, men lämnar sina spår i form av en energitensor, det vill säga en impuls som kännetecknas av ovanliga egenskaper. Trots det faktum att materiens kvantegenskaper huvudsakligen manifesteras i mikrokosmos, kan maskhålen som genereras av dem, under vissa förhållanden, nå betydande storlekar. En av Krasnikovs artiklar heter för övrigt "Hotet om maskhål".
En fråga om filosofi
Om maskhål någonsin byggs eller upptäcks kommer det filosofiska området som rör tolkning av vetenskap att möta nya utmaningar, och jag måste säga, mycket svåra sådana. Trots all den till synes absurda tidsslingan och de svåra problemen med kausalitet, kommer detta område av vetenskap förmodligen att ta reda på det någon gång. Precis som de behandlade kvantmekanikens problem och relativitetsteorin skapad av Einstein. Rum, rum och tid - alla dessa frågor har intresserade människor i alla åldrar och kommer tydligen alltid att intressera oss. Det är nästan omöjligt att känna till dem helt. Utforskning av rymden kommer sannolikt inte att slutföras.
