Кратавіннем нары ў космасе. астранамічныя гіпотэзы

Зорная сусвет тоіць у сабе мноства загадак. Згодна з агульнай тэорыі адноснасці (АТА), створанай Эйнштэйнам, мы жывем у четырехмерном прасторы-часу. Яно скрыўленыя, а гравітацыя, знаёмая ўсім нам, з'яўляецца праявай гэтага ўласцівасці. Матэрыя перакрыўляць, "прагінацца" прастору вакол сябе, і тым больш, чым яна шчыльней. Космас, прастору і час - усё гэта вельмі цікавыя тэмы. Прачытаўшы гэты артыкул, вы напэўна даведаецеся нешта новае пра іх.

ідэя крывізны

Мноства іншых тэорый прыцягнення, якіх існуе сёння цэлыя сотні, у дэталях адрозніваецца ад АМАіК. Аднак усе гэтыя астранамічныя гіпотэзы захоўваюць асноўнае - ідэю крывулі. Калі прастора крывое, то можна меркаваць, што яно магло прыняць, напрыклад, форму трубы, якая злучае вобласці, якія падзеленыя мноствам светлавых гадоў. А магчыма, нават эпохі, далёкія адзін ад аднаго. Бо мы вядзем гаворку не пра прасторы, звыклым нам, а пра прастору-часу, калі разглядаем космас. Дзірка ў ім можа з'явіцца толькі пры пэўных умовах. Прапануем вам бліжэй пазнаёміцца з такім цікавым з'явай, як кратавіннем нары.

Першыя ідэі аб Кротава норах

Далёкі космас і яго загадкі вабяць да сябе. Думкі аб скрыўленні з'явіліся адразу ж пасля таго, як была апублікавана АМАіК. Л. Фламм, аўстрыйскі фізік, ужо ў 1916 году казаў пра тое, што прасторавая геаметрыя можа існаваць у выглядзе нейкай нары, якая злучае два свету. Матэматык Н. Розен і А. Эйнштэйн ў 1935 году заўважылі, што найпростыя рашэння раўнанняў у рамках АМАіК, якія апісваюць ізаляваныя электрычнаму зараджаныя або нейтральныя крыніцы, якія ствараюць гравітацыйнае поля, валодаюць прасторавай структурай "моста". Гэта значыць, яны злучаюць дзве сусветы, два амаль плоскіх і аднолькавых прасторы-часу.

Пазней гэтыя прасторавыя структуры сталі называцца "Кротава норамі", што з'яўляецца даволі вольным перакладам з англійскай мовы словы wormhole. Больш блізкі ягоны пераклад - "чарвівасць" (у космасе). Розен і Эйнштэйн нават не выключалі магчымасці выкарыстання гэтых "мастоў" для апісання з іх дапамогай элементарных часціц. Сапраўды, у гэтым выпадку часціца з'яўляецца асабліва прасторавым адукацыяй. Такім чынам, неабходнасці мадэляваць крыніца зарада або масы спецыяльна не з'явіцца. А аддалены знешні назіральнік у выпадку, калі Кротава нара мае мікраскапічныя памеры, бачыць толькі кропкавая крыніца з зарадам і масай пры знаходжанні ў адным з гэтых прастор.

"Масты" Эйнштэйна-Розена

З аднаго боку ў нару ўваходзяць электрычныя сілавыя лініі, а з другога яны выходзяць, ня сканчаючыся і ня пачынаючыся нідзе. Дж. Уілерам, амерыканскі фізік, з гэтай нагоды сказаў, што атрымліваецца "зарад без зарада" і "маса без масы". Зусім не абавязкова ў гэтым выпадку лічыць, што мост служыць для злучэння двух розных сусветаў. Не менш дарэчным будзе і здагадка аб тым, што ў Кротава нары абодва "вусця" выходзяць у аднолькавую сусвет, аднак у розныя часы і ў розных яе кропках. Атрымліваецца нешта, якое нагадвае пустотелых "ручку", калі яе прышыць да практычна плоскаму звыклым свеце. Сілавыя лініі ўваходзяць у вусце, якое можна разумець як адмоўны зарад (дапусцім, электрон). Вусце, з якога яны выходзяць, мае станоўчы зарад (пазітронна). Што ж тычыцца мас, яны з абодвух бакоў будуць аднолькавымі.

Ўмовы адукацыі "мастоў" Эйнштэйна-Розена

Гэтая карціна, пры ўсёй сваёй прывабнасці, не атрымала распаўсюд у фізіцы элементарных часціц, на што было мноства прычын. Нялёгка прыпісаць "мастам" Эйнштэйна-Розена квантавыя ўласцівасці, без якіх у мікрасвеце не абысціся. Такі "мост" і зусім не ўтворыцца пры вядомых значэннях зарадаў і мас часціц (пратонаў або электронаў). "Электрычнае" рашэнне замест гэтага прадказвае "голую" сінгулярнасць, то ёсць пункт, дзе электрычнае поле і крывізна прасторы робяцца бясконцымі. У такіх кропках паняцце прасторы-часу нават у выпадку скрыўлення губляе сэнс, бо немагчыма вырашаць раўнанні, якія маюць бясконцае мноства складнікаў.

Калі не працуе АМАіК?

Сама па сабе АМАіК вызначана заяўляе, калі менавіта яна спыняе працаваць. На гарлавіне, у найбольш вузкім месцы "моста", назіраецца парушэнне гладкасці злучэння. І яно, варта сказаць, досыць нетрывіяльна. З пазіцыі аддаленага назіральніка на гэтай гарлавіне спыняецца час. Тое, што Розен і Эйнштэйн лічылі гарлавінай, у цяперашні час вызначаецца як гарызонт падзей чорнай дзіркі (зараджанай або нейтральнай). Прамяні або часціцы з розных бакоў "моста" трапляюць на розныя "ўчасткі" гарызонту. А між левай і правай яго часткамі, умоўна кажучы, знаходзіцца нестатическая вобласць. Для таго каб прайсці вобласць, нельга не пераадолець яе.

Немагчымасць прайсці праз чорную дзірку

Касмічны карабель, які набліжаецца да гарызонту даволі буйной адносна яго чорнай дзіркі, як быццам застывае назаўсёды. Ўсё радзей і радзей даходзяць сігналы ад яго ... Наадварот, гарызонт па карабельным гадзінах дасягаецца за канчатковы час. Калі карабель (прамень святла або часціца) абміне яго, ён неўзабаве ўпрэцца ў сінгулярнасць. Гэта месца, дзе крывізна робіцца бясконцай. У сінгулярнасці (яшчэ на падыходзе да яе) працяглае цела непазбежна будзе разарвана і раздушана. Такая рэальнасць прылады чорнай дзіркі.

далейшыя даследаванні

У 1916-17 гг. былі атрыманы рашэння Райснера-Нордстрема і Шварцшильда. У іх сферычных апісваюцца сіметрычныя электрычнаму зараджаныя і нейтральныя чорныя дзіркі. Аднак фізікі змаглі да канца разабрацца ў няпростай геаметрыі дадзеных прастор толькі на рубяжы 1950-60-х гадоў. Менавіта тады Д. А. Уілерам, вядомы дзякуючы сваіх работах у тэорыі гравітацыі і ядзернай фізіцы, прапанаваў тэрміны «Кротава нара" і "чорная дзірка". Высветлілася, што ў прасторах Райснера-Нордстрема і Шварцшильда сапраўды існуюць кратавіннем нары ў космасе. Яны цалкам не бачныя выдаленага назіральніку, як і чорныя дзіркі. І, падобна да іх, кратавіннем нары ў космасе вечныя. А вось калі падарожнік пракрадзецца за гарызонт, яны схлопываются настолькі хутка, што праз іх не зможа праляцець ні прамень святла, ні масіўная часціца, а не тое што карабель. Каб праляцець да іншага вусця, абмінаючы сінгулярнасць, трэба рухацца хутчэй святла. У цяперашні час фізікі лічаць, што звышновыя хуткасці перамяшчэння энергіі і матэрыі прынцыпова немагчымыя.

Чорныя дзіркі Шварцшильда і Райснера-Нордстрема

Чорная дзірка Шварцшильда можа лічыцца непраходнай Кротава нарою. Што тычыцца чорнай дзіркі Райснера-Нордстрема, яна ўладкованая некалькі складаней, аднак таксама непраходная. Тым не менш прыдумаць і апісаць четырехмерном кратавіннем нары ў космасе, якія можна было б прайсці, не так ужо складана. Варта толькі падабраць неабходны выгляд метрыкі. Метрычны тэнзар, або метрыка, - набор велічынь, выкарыстоўваючы які, можна вылічыць четырехмерном інтэрвалы, якія існуюць паміж кропкамі-падзеямі. Гэты набор велічынь цалкам характарызуе таксама і поле прыцягнення, і геаметрыю прасторы-часу. Геаметрычна непраходныя кратавіннем нары ў космасе нават прасцей, чым чорныя дзіркі. У іх няма гарызонтаў, якія вядуць да катаклізмаў з ходам часу. У розных кропках час можа ісці а розным тэмпе, аднак яно не павінна пры гэтым бясконца спыняцца або паскарацца.

Два напрамкі даследаванні Кротава нор

Прырода паставіла бар'ер на шляху з'яўлення Кротава нор. Аднак чалавек уладкаваны так, што калі знаходзіцца перашкода, заўсёды будуць жадаючыя яго пераадолець. І навукоўцы не выключэнне. Працы тэарэтыкаў, якія займаюцца даследаваннем Кротава нор, умоўна можна падзяліць на два напрамкі, якія дапаўняюць адзін аднаго. Першае займаецца разглядам іх следстваў, загадзя мяркуючы тое, што кратавіннем нары сапраўды існуюць. Прадстаўнікі другога напрамкі спрабуюць зразумець, з чаго і як яны могуць з'явіцца, якія ўмовы неабходныя для іх узнікнення. Работ гэтага кірунку больш, чым першага і, мабыць, яны больш цікавыя. Да дадзенага кірунку можна аднесці пошук мадэляў Кротава нор, а таксама даследаванне іх уласцівасцяў.

Дасягненні расійскіх фізікаў

Як высветлілася, ўласцівасці матэрыі, якая з'яўляецца матэрыялам для будаўніцтва Кротава нор, могуць рэалізавацца за кошт палярызацыі вакууму квантавых палёў. Расійскія фізікі Сяргей Сушкоў і Аркадзь Папоў сумесна з іспанскім даследчыкам Давідам Хохбергом, а таксама Сяргей Красьнік нядаўна прыйшлі да гэтай высновы. Вакуум у гэтым выпадку не з'яўляецца пустэчай. Гэта квантавы стан, якое характарызуецца найменшай энергіяй, гэта значыць поле, у якім адсутнічаюць рэальныя часціцы. У гэтым полі пастаянна ўзнікаюць пары часціц "віртуальных", знікаючыя да таго, як іх выяўляюць прыборы, аднак якія пакідаюць свой след у выглядзе тэнзар энергіі, то ёсць імпульсу, які характарызуецца незвычайнымі ўласцівасцямі. Нягледзячы на тое што квантавыя ўласцівасці матэрыі ў асноўным выяўляюцца ў мікрасвеце, кратавіннем нары, нараджаецца імі, пры некаторых умовах здольныя дасягаць значных памераў. Адзін з артыкулаў Краснікава, дарэчы, называецца "Пагроза Кротава нор".

пытанне філасофіі

Калі кратавіннем нары калі-небудзь усё ж такі ўдасца пабудаваць або выявіць, вобласць філасофіі, звязаная з інтэрпрэтацыяй навукі, сутыкнецца з новымі задачамі і, трэба сказаць, вельмі няпростымі. Пры ўсёй, здавалася б, абсурднасці часовых завес і нялёгкіх праблемах, якія тычацца прычыннасці, дадзеная вобласць навукі, верагодна, калі-небудзь з гэтым разбярэцца. Гэтак жа, як разабраліся ў свой час з праблемамі квантавай механікі і створанай Эйнштэйнам тэорыі адноснасці. Космас, прастору і час - усе гэтыя пытанні ва ўсе стагоддзі цікавілі людзей і, мабыць, будуць цікавіць нас заўсёды. Спазнаць іх цалкам наўрад ці ўдасца. Вывучэнне космасу наўрад ці калі-небудзь будзе завершана.