Das Sternenuniversum steckt voller Geheimnisse. Nach der von Einstein geschaffenen Allgemeinen Relativitätstheorie (GR) leben wir in einer vierdimensionalen Raumzeit. Es ist gekrümmt, und die uns allen vertraute Schwerkraft ist eine Manifestation dieser Eigenschaft. Materie biegt, „biegt“den Raum um sich herum, und je mehr, desto dichter wird er. Raum, Raum und Zeit sind alles sehr interessante Themen. Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, werden Sie sicherlich etwas Neues über sie erfahren.
Die Idee der Krümmung
Viele andere Gravitationstheorien, von denen es heute Hunderte gibt, unterscheiden sich in Details von der Allgemeinen Relativitätstheorie. Alle diese astronomischen Hypothesen beh alten jedoch die Hauptsache bei - die Idee der Krümmung. Wenn der Raum gekrümmt ist, können wir davon ausgehen, dass er beispielsweise die Form eines Rohrs annehmen könnte, das Bereiche verbindet, die viele Lichtjahre voneinander entfernt sind. Und vielleicht sogar Epochen, die weit voneinander entfernt sind. Schließlich sprechen wir nicht über den uns vertrauten Raum, sondern über die Raumzeit, wenn wir den Kosmos betrachten. Ein Loch darinerscheinen nur unter bestimmten Bedingungen. Wir laden Sie ein, sich ein so interessantes Phänomen wie Wurmlöcher genauer anzusehen.
Erste Ideen zu Wurmlöchern
Der Weltraum und seine Geheimnisse locken. Gedanken zur Krümmung tauchten unmittelbar nach der Veröffentlichung von GR auf. L. Flamm, ein österreichischer Physiker, sagte bereits 1916, dass räumliche Geometrie in Form einer Art Loch existieren kann, das zwei Welten verbindet. Die Mathematiker N. Rosen und A. Einstein bemerkten 1935, dass die einfachsten Lösungen von Gleichungen im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die isolierte elektrisch geladene oder neutrale Quellen beschreiben, die Gravitationsfelder erzeugen, eine räumliche "Brücken" -Struktur haben. Das heißt, sie verbinden zwei Universen, zwei nahezu flache und identische Raumzeiten.
Später wurden diese räumlichen Strukturen als "Wurmlöcher" bekannt, was eine ziemlich lose Übersetzung des englischen Wortes Wurmloch ist. Eine engere Übersetzung davon ist "Wurmloch" (im Weltraum). Rosen und Einstein schlossen nicht einmal die Möglichkeit aus, diese „Brücken“zu nutzen, um mit ihrer Hilfe Elementarteilchen zu beschreiben. In der Tat ist das Teilchen in diesem Fall ein rein räumliches Gebilde. Daher besteht keine Notwendigkeit, die Ladungs- oder Massequelle speziell zu modellieren. Und ein entfernter externer Beobachter sieht, wenn das Wurmloch mikroskopisch kleine Dimensionen hat, nur eine Punktquelle mit einer Ladung und Masse, wenn er sich in einem dieser Räume befindet.
Einstein-Rosen "Brücken"
Elektrische Kraftlinien treten von einer Seite in den Bau ein und von der anderen Seite wieder aus, ohne irgendwo zu enden oder anzufangen. J. Wheeler, ein amerikanischer Physiker, sagte bei dieser Gelegenheit, dass „Ladung ohne Ladung“und „Masse ohne Masse“erh alten werden. Es ist in diesem Fall überhaupt nicht nötig zu bedenken, dass die Brücke dazu dient, zwei verschiedene Universen zu verbinden. Nicht weniger passend wäre die Annahme, dass beide "Mündungen" eines Wurmlochs in dasselbe Universum hinausgehen, aber zu unterschiedlichen Zeiten und an unterschiedlichen Stellen darin. Es stellt sich heraus, dass es einem hohlen "Griff" ähnelt, wenn es an eine fast flache vertraute Welt genäht wird. Die Kraftlinien treten in den Mund ein, was als negative Ladung (sagen wir ein Elektron) verstanden werden kann. Der Mund, aus dem sie austreten, ist positiv geladen (Positron). Die Massen werden auf beiden Seiten gleich sein.
Bedingungen für die Bildung von Einstein-Rosen-"Brücken"
Dieses Bild hat sich trotz all seiner Attraktivität in der Teilchenphysik aus vielen Gründen nicht durchgesetzt. Es ist nicht einfach, den in der Mikrowelt unverzichtbaren Einstein-Rosen-„Brücken“Quanteneigenschaften zuzuschreiben. Eine solche "Brücke" wird bei bekannten Werten der Ladungen und Massen von Teilchen (Protonen oder Elektronen) überhaupt nicht gebildet. Die „elektrische“Lösung sagt stattdessen eine „nackte“Singularität voraus, das heißt einen Punkt, an dem das elektrische Feld und die Raumkrümmung unendlich werden. An solchen Stellen das Konzeptdie Raumzeit verliert selbst im Falle einer Krümmung ihre Bedeutung, da es unmöglich ist, Gleichungen mit unendlich vielen Termen zu lösen.
Wann schlägt GR fehl?
Selbst OTO gibt genau an, wann es aufhört zu funktionieren. Am Hals, an der engsten Stelle der "Brücke", besteht eine Verletzung der Glätte der Verbindung. Und es muss gesagt werden, dass es ziemlich nicht trivial ist. Aus der Position eines entfernten Beobachters bleibt die Zeit an diesem Hals stehen. Was Rosen und Einstein für den Rachen hielten, wird jetzt als Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs (egal ob geladen oder neutral) definiert. Strahlen oder Partikel von verschiedenen Seiten der "Brücke" fallen auf verschiedene "Abschnitte" des Horizonts. Und zwischen seinem linken und rechten Teil gibt es relativ gesehen einen nicht statischen Bereich. Um das Gebiet zu passieren, ist es unmöglich, es nicht zu passieren.
Unfähigkeit, ein Schwarzes Loch zu passieren
Ein Raumschiff, das sich dem Horizont eines relativ großen Schwarzen Lochs nähert, scheint für immer einzufrieren. Immer seltener erreichen Signale von ihr … Im Gegenteil, der Horizont nach Schiffsuhr wird in endlicher Zeit erreicht. Wenn ein Schiff (ein Lichtstrahl oder ein Teilchen) daran vorbeifährt, wird es bald auf eine Singularität stoßen. Hier wird die Krümmung unendlich. In der Singularität (noch auf dem Weg dorthin) wird der verlängerte Körper unweigerlich zerrissen und zerquetscht. So funktioniert ein Schwarzes Loch in Wirklichkeit.
Weitere Forschung
1916-17. Es wurden Reisner-Nordström- und Schwarzschild-Lösungen erh alten. Darinsphärisch beschreibt symmetrisch elektrisch geladene und neutrale Schwarze Löcher. Die komplexe Geometrie dieser Räume konnten Physiker jedoch erst um die Wende der 1950er und 1960er Jahre vollständig verstehen. Damals schlug D. A. Wheeler, bekannt für seine Arbeiten in der Gravitationstheorie und Kernphysik, die Begriffe „Wurmloch“und „Schwarzes Loch“vor. Es stellte sich heraus, dass es in den Räumen von Reisner-Nordström und Schwarzschild wirklich Wurmlöcher im Weltraum gibt. Sie sind für einen entfernten Beobachter völlig unsichtbar, wie schwarze Löcher. Und wie sie sind Wurmlöcher im Weltraum ewig. Dringt der Reisende jedoch über den Horizont hinaus, kollabieren sie so schnell, dass weder ein Lichtstrahl noch ein massives Teilchen, geschweige denn ein Schiff, durch sie hindurchfliegen können. Um zu einem anderen Mund zu fliegen und die Singularität zu umgehen, müssen Sie sich schneller als das Licht bewegen. Gegenwärtig glauben Physiker, dass Supernova-Geschwindigkeiten von Energie und Materie grundsätzlich unmöglich sind.
Schwarze Löcher von Schwarzschild und Reisner-Nordström
Das Schwarzschild-Schwarze Loch kann als undurchdringliches Wurmloch betrachtet werden. Das Schwarze Loch Reisner-Nordström ist etwas komplizierter, aber auch unpassierbar. Trotzdem ist es nicht so schwer, vierdimensionale Wurmlöcher im Weltraum zu finden und zu beschreiben, die durchquert werden könnten. Sie müssen nur die Art der Metrik auswählen, die Sie benötigen. Der metrische Tensor oder Metrik ist eine Reihe von Werten, die verwendet werden können, um die vierdimensionalen Intervalle zu berechnen, die zwischen Ereignispunkten bestehen. Dieser Wertesatz charakterisiert sowohl das Gravitationsfeld als auch vollständigRaum-Zeit-Geometrie. Geometrisch durchquerbare Wurmlöcher im Weltraum sind sogar noch einfacher als Schwarze Löcher. Sie haben keine Horizonte, die im Laufe der Zeit zu Kataklysmen führen. An verschiedenen Punkten kann die Zeit unterschiedlich schnell vergehen, aber sie sollte nicht anh alten oder endlos beschleunigen.
Zwei Linien der Wurmlochforschung
Die Natur hat das Auftreten von Wurmlöchern verhindert. Eine Person ist jedoch so eingerichtet, dass es immer diejenigen gibt, die es überwinden wollen, wenn es ein Hindernis gibt. Und Wissenschaftler sind da keine Ausnahme. Die Arbeiten von Theoretikern, die sich mit Wurmlöchern befassen, können bedingt in zwei sich ergänzende Bereiche unterteilt werden. Der erste befasst sich mit der Betrachtung ihrer Folgen, wobei von vornherein angenommen wird, dass es Wurmlöcher gibt. Vertreter der zweiten Richtung versuchen zu verstehen, was und wie sie erscheinen können, welche Bedingungen für ihr Auftreten notwendig sind. Es gibt mehr Arbeiten in dieser Richtung als in der ersten und vielleicht sind sie interessanter. Dieser Bereich umfasst die Suche nach Modellen von Wurmlöchern sowie die Untersuchung ihrer Eigenschaften.
Leistungen russischer Physiker
Wie sich herausstellte, können die Eigenschaften von Materie, die das Material für die Konstruktion von Wurmlöchern ist, aufgrund der Polarisation des Vakuums von Quantenfeldern realisiert werden. Zu diesem Schluss kamen kürzlich die russischen Physiker Sergei Sushkov und Arkady Popov zusammen mit den spanischen Forschern David Hochberg und Sergei Krasnikov. Das Vakuum ist es in diesem Fall nichtLeere. Dies ist ein Quantenzustand, der durch die niedrigste Energie gekennzeichnet ist, also ein Feld, in dem es keine echten Teilchen gibt. In diesem Feld tauchen ständig Paare „virtueller“Teilchen auf, die verschwinden, bevor sie von Geräten entdeckt werden, aber ihre Spuren in Form eines Energietensors hinterlassen, d. h. eines Impulses, der sich durch ungewöhnliche Eigenschaften auszeichnet. Trotz der Tatsache, dass sich die Quanteneigenschaften von Materie hauptsächlich im Mikrokosmos manifestieren, können die von ihnen erzeugten Wurmlöcher unter bestimmten Bedingungen erhebliche Größen erreichen. Einer von Krasnikovs Artikeln heißt übrigens "Die Bedrohung durch Wurmlöcher".
Eine Frage der Philosophie
Wenn jemals Wurmlöcher gebaut oder entdeckt werden, wird das Gebiet der Philosophie, das sich mit der Interpretation von Wissenschaft befasst, vor neuen Herausforderungen stehen, und ich muss sagen, sehr schwierigen. Bei aller scheinbaren Absurdität von Zeitschleifen und den knallharten Kausalitätsproblemen wird dieses Wissenschaftsgebiet es wohl eines Tages herausfinden. So wie sie sich mit den Problemen der Quantenmechanik und der von Einstein geschaffenen Relativitätstheorie beschäftigten. Raum, Raum und Zeit – all diese Fragen beschäftigen Menschen jeden Alters und werden uns offenbar immer interessieren. Es ist fast unmöglich, sie vollständig zu kennen. Es ist unwahrscheinlich, dass die Weltraumforschung jemals abgeschlossen wird.
