Interstelul spațial (un film de science-fiction lansat în octombrie 2014) spune povestea astronauților care, în căutarea opțiunilor pentru salvarea umanității, descoperă „drumul vieții” reprezentat de un tunel misterios.
Acest pasaj într-un mod inexplicabil apare lângă Saturn și în spațiu-timp duce o persoană la o galaxie îndepărtată, oferind astfel o șansă de a găsi planete locuite de ființe vii. Planete care pot deveni o a doua Cămin pentru oameni.
Ipoteza existenței unui tunel cinematografic, numit de oamenii de știință „gaura de vierme” sau „gaura de vierme”, a fost precedată de o adevărată teorie fizică, care a fost propusă de unul dintre primii astrofizicieni și fost profesor la California Institute of Technology Kip Thorne.
De asemenea, Kip Thorne a asistat astronomul, astrofizicianul, popularizatorul științei și unul dintre cei care au inițiat proiectul de căutare a informațiilor extraterestre - Carl Sagan - pentru a crea un model al găurii de vierme pentru romanul său Contact. Credibilitatea imaginilor din film pentru oamenii de știință spațială este atât de evidentă încât astrofizicienii recunosc că sunt poate cele mai precise reprezentări ale găurilor de vierme și ale găurilor negre din cinematografia mondială.
Există un singur detaliu „mic” în acest film care îl bântuie pe privitorul atent: zborul într-un spațiu expres ca acesta este, desigur, grozav, dar piloții vor putea păstra un stejar în timpul acestei mișcări interstelare?
Creatorii blockbuster-ului spațial au ales să nu menționeze că teoria originală a găurilor de vierme aparținea altor teoreticieni de vârf ai astrofizicii - a fost începută de Albert Einstein, împreună cu asistentul său, Nathan Rosen. Acești oameni de știință au încercat să rezolve ecuațiile lui Einstein pentru relativitatea generală, astfel încât rezultatul să fie un model matematic al întregului univers, împreună cu forțele gravitaționale și particulele elementare care formează materia. În procesul de toate acestea, s-a încercat imaginarea spațiului ca două planuri geometrice conectate între ele prin „poduri”.
În paralel, dar independent de Einstein, o lucrare similară a fost realizată de un alt fizician - Ludwig Flamm, care în 1916, tot în timp ce rezolva ecuațiile lui Einstein, a făcut descoperirea unor astfel de „poduri”.
Video promotional:
Toate cele trei „Mostostroevite” au suferit o dezamăgire generală, din moment ce „teoria a tot ceea ce există” s-a dovedit a fi inviabilă: astfel de „poduri”, în teorie, nu au funcționat deloc în același mod cu particule elementare reale.
Cu toate acestea, în 1935, Einstein și Rosen au publicat o lucrare în care își expuneau propria teorie a tunelurilor în continuum spațiu-timp. Această lucrare, așa cum a fost concepută de autori, trebuia, evident, să inducă alte generații de oameni de știință să reflecte asupra posibilității de a aplica o astfel de teorie.
Găurile de vierme ale lui Wheeler
La un moment dat, fizicianul de la Universitatea Princeton, John Wheeler, a introdus în cuvântul de circulație denumirea „gaura de vierme”, care a fost folosită în mai mulți ani pentru a studia construcția de modele de „poduri”, conform teoriei Einstein-Rosen. Wheeler a observat: acest „pod” seamănă dureros cu o mișcare legată de un vierme într-un fruct. Imaginează-ți o furnică care se târăște dintr-o parte a unei pere în cealaltă - este capabilă să se târască pe întreaga suprafață curbă, sau, prin scurtarea traseului, să traverseze fructele printr-un tunel cu găuri de vierme.
Și dacă ne imaginăm că continuul nostru tridimensional spațiu-timp este pielea unei pere, aceea ca o suprafață curbă cuprinde o „masă” cu dimensiuni mult mai mari? Poate că "podul" Einstein-Rosen este chiar tunelul care taie prin această "masă", permite piloților de nave de stele să reducă distanța în spațiu dintre două puncte. Probabil, în acest caz vorbim despre o soluție matematică reală a teoriei generale a relativității.
Potrivit Wheeler, gurile „podurilor” Einstein-Rosen sunt foarte amintite de așa-numita gaură neagră Schwarzschild - o materie simplă cu o formă sferică și o densitate atât de mare încât forța sa gravitațională nu poate fi depășită chiar și de lumină. Astronomii au o credință puternică în existența „găurilor negre”. Ei cred că aceste formațiuni se nasc atunci când stelele foarte masive „se prăbușesc” sau mor.
Cât de bine este întemeiată ipoteza conform căreia o „gaură neagră” este aceeași cu o „gaură de vierme” sau un tunel care permite deplasarea spațială pe distanțe lungi? Poate din punctul de vedere al matematicii, această afirmație este adevărată. Dar numai în teorie: nu vor exista supraviețuitori pe o astfel de expediție.
Modelul lui Schwarzschild reprezintă mijlocul întunecat al „găurii negre” ca punct singular sau bilă centrală neutră, cu densitate infinită. Calculele lui Wheeler arată consecințele a ceea ce s-a întâmplat în cazul formării unei astfel de „găuri de vierme” atunci când două puncte singulare („găurile negre” ale lui Schwarzschild) în două părți îndepărtate ale Universului converg în „masa” sa și creează un tunel între ele.
Cercetătorul a aflat: un astfel de „gă de vierme” are o natură instabilă: tunelul se formează mai întâi, apoi se prăbușește, după care rămân din nou doar două puncte singulare („găuri negre”). Procedura pentru apariția și închiderea tunelului este atât de rapidă, încât nici o rază de lumină nu poate pătrunde prin el, și să nu mai vorbim de un astronaut care încearcă să alunece - va fi înghițită de o „gaură neagră”. Fără glumă - vorbim de moarte instantanee, deoarece forțele gravitaționale ale puterii nebune vor rupe o persoană în bucăți.
„Găuri negre” și „pete albe”
Thorne simultan cu filmul a lansat cartea „Fundațiile științifice ale filmului„ Interstellar”. În această lucrare confirmă:„ Orice corp - viu sau neînsuflețit - în momentul prăbușirii tunelului va fi zdrobit și sfâșiat!
Pentru o altă variantă alternativă - „gaura neagră” rotativă a lui Kerr - cercetătorii „pete albe” în călătoriile interplanetare au găsit o soluție diferită la teoria generală a relativității. Singularitatea din „gaura neagră” a lui Kerr are o formă diferită, nu sferică, ci inelară.
Anumite modele pot oferi unei persoane o șansă de a supraviețui în zbor interstelar, dar numai dacă nava trece această gaură exclusiv prin centrul inelului. Ceva de genul baschetului spațial, numai costurile de a lovi aici nu sunt puncte suplimentare: existența unei nave naționale împreună cu echipajul său este în joc.
Kip Thorne, autorul The Scientific Basics of Interstellar, se îndoiește de această teorie. În 1987, el a scris un articol despre zborul printr-o gaură de vierme, unde subliniază un detaliu important: gâtul tunelului Kerr are o secțiune foarte nesigură, care se numește „ orizontul Cauchy.
După cum arată calculele corespunzătoare, de îndată ce corpul încearcă să treacă acest punct, tunelul se prăbușește. Mai mult, și în condițiile unor stabilizări a „găului de vierme”, așa cum spune teoria cuantică, va fi imediat umplut cu particule rapide de mare energie.
Prin urmare, pe măsură ce vă aruncați în „gaura neagră” a lui Kerr, va rămâne o crustă uscată prăjită.
Motivul - „acțiune ciudată la distanță”?
Cert este că fizicienii nu au adaptat încă legile clasice ale gravitației la teoria cuantică - această ramură a matematicii este prea dificil de înțeles, iar mulți oameni de știință nu i-au dat încă o definiție exactă.
În același timp, omul de știință Princeton Juan Malsadena și colegul său de la Stanford, Leonard Susskind, au sugerat că găurile de vierme nu sunt, evident, altceva decât întruchiparea materială a înțelegerii în momentul în care obiectele cuantice se conectează - indiferent dacă sunt îndepărtate unele de altele. prieten.
Albert Einstein a avut propriul nume pentru o astfel de încurcătură - „acțiune înfiorătoare pe distanțe lungi”, marele fizician nu s-a gândit să fie de acord cu punctul de vedere general acceptat. În ciuda acestui fapt, multe experimente au dovedit existența înțelegerii cuantice. Mai mult, este deja folosit în scopuri comerciale - protejează transmisia online a datelor, cum ar fi tranzacțiile bancare.
Potrivit lui Malsadena și Susskind, în volume mari, înțelegerea cuantică poate afecta schimbarea geometriei continuumului spațiu-timp și poate contribui la apariția „găurilor de vierme” sub forma unor „găuri negre” încurcate. Dar ipoteza acestor oameni de știință nu permite formarea de tuneluri interstelare pasabile.
Potrivit Malsadenei, aceste tuneluri, pe de o parte, nu fac posibilă zborul mai rapid decât viteza luminii, iar pe de altă parte, pot ajuta astronauții să se întâlnească încă acolo, în interior, cu cineva „diferit”. Cu toate acestea, nu există nici o plăcere de la o astfel de întâlnire, întrucât întâlnirea va fi urmată de moarte inevitabilă dintr-un impact gravitațional în centrul „găurii negre”.
Într-un cuvânt, „găurile negre” reprezintă un adevărat obstacol în explorarea spațiului uman. În acest caz, ce ar putea fi o gaură de vierme? Potrivit savantului de la Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Avi Loeb, oamenii au multe opțiuni cu privire la acest scor: de vreme ce nu există o teorie care să combine relativitatea generală cu mecanica cuantică, nu suntem conștienți de întregul set de structuri posibil spațiu-timp în care pot apărea găurile de vierme. “.
Se prăbușesc
Dar și aici, nu totul este atât de simplu. Același Kip Thorne din 1987 a stabilit o caracteristică pentru orice „gaură de vierme” corespunzătoare teoriei generale a relativității să se prăbușească, dacă nu se încearcă menținerea ei deschisă din cauza așa-numitei materii exotice, care are energie negativă sau antigravitate. Thorne asigură: existența exomatului poate fi stabilită experimental.
Experimentele vor arăta că fluctuațiile cuantice într-un vid sunt în mod evident capabile să creeze presiune negativă între două oglinzi care sunt amplasate foarte aproape.
La rândul său, potrivit Avi Loeb, dacă observați așa-numita energie întunecată, aceste studii vor da și mai multe motive pentru a crede în existența materiei exotice.
Un om de știință de la Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics spune că „… vedem cum de-a lungul cursului galaxiilor istorice cosmice recente se îndepărtează de noi cu o viteză care crește în timp, ca și cum ar fi afectate de antigravitate - o astfel de expansiune accelerabilă a Universului poate fi explicată dacă Universul este umplut cu o substanță cu presiune negativă, exact materialul necesar pentru apariția unei găuri de vierme ….
În același timp, atât Loeb, cât și Thorne cred că, chiar dacă un „gaura de vierme” este capabil să apară natural, va necesita multă materie exotică. Doar o civilizație puternic dezvoltată va putea acumula o astfel de rezervă de energie și stabilizarea ulterioară a unui astfel de tunel.
În opinia acestei teorii, nu există „niciun acord între tovarăși”. De exemplu, iată ce crede colegul lor Malsaden despre constatările lui Loeb și Thorne:
„… Cred că ideea unui găurit de vierme pasabil stabil nu este suficient de inteligibil și, se pare, nu corespunde legilor fizicii cunoscute …” Sabina Hossenfelder de la Institutul Scandinav de Fizică Teoretică din Suedia și rupe complet concluziile lui Leb-Thorn despre smithereens: „… Avem nu există absolut nicio dovadă a existenței materiei exotice. Mai mult, există o credință largă că nu poate exista, deoarece, dacă ar exista, vidul ar fi instabil …"
Chiar și în cazul existenței unei astfel de materii exotice, Hossen-felder își dezvoltă gândirea, mișcându-se în interiorul acesteia ar fi extrem de neplăcut: de fiecare dată senzațiile ar fi în proporție directă cu gradul de curbură a structurii spațiu-timp din jurul tunelului și asupra densității energetice din interiorul acestuia. Sabine Hossenfelder concluzionează:
"… Acest lucru este foarte similar cu" găurile negre ": forțele de maree sunt prea mari - și o persoană va fi sfâșiată în bucăți …"
În mod ironic, în ciuda contribuțiilor sale la Interstellar, Thorne nu crede cu adevărat că un astfel de tunel traversabil ar putea apărea vreodată. Și în posibilitatea de a trece prin ea (fără niciun rău!) - astronauți - și chiar mai mult. El însuși recunoaște acest lucru în cartea sa:
„… Dacă ei [tuneluri] pot exista, atunci mă îndoiesc foarte mult că pot apărea în mod natural în Universul astrofizic …"
… Atunci credeți în filmele de știință!
Oleg Timokhin
