L'univers estel·lar està ple de molts misteris. Segons la teoria general de la relativitat (GR), creada per Einstein, vivim en un espai-temps de quatre dimensions. És corbat, i la gravetat, familiar per a tots nos altres, és una manifestació d'aquesta propietat. La matèria es doblega, "dobla" l'espai al seu voltant, i com més, més dens és. L'espai, l'espai i el temps són temes molt interessants. Després de llegir aquest article, segur que aprendràs alguna cosa nova sobre ells.
La idea de la curvatura
Moltes altres teories de la gravetat, de les quals avui n'hi ha centenars, difereixen de la relativitat general en detalls. Tanmateix, totes aquestes hipòtesis astronòmiques conserven el principal: la idea de la curvatura. Si l'espai és corbat, podem suposar que podria prendre, per exemple, la forma d'una canonada que connecta zones que estan separades per molts anys llum. I potser fins i tot èpoques allunyades les unes de les altres. Al cap i a la fi, no estem parlant de l'espai que ens és familiar, sinó d'espai-temps quan considerem el cosmos. Un forat en ellapareixen només en determinades condicions. Et convidem a mirar més de prop un fenomen tan interessant com els forats de cuc.
Primeres idees sobre forats de cuc
L'espai profund i els seus misteris criden. Els pensaments sobre la curvatura van aparèixer immediatament després de la publicació de GR. L. Flamm, físic austríac, ja l'any 1916 deia que la geometria espacial pot existir en forma d'una mena de forat que uneix dos mons. El matemàtic N. Rosen i A. Einstein l'any 1935 es van adonar que les solucions més simples d'equacions en el marc de la relativitat general, que descriuen fonts aïllades carregades elèctricament o neutres que creen camps gravitatoris, tenen una estructura espacial de "pont". És a dir, connecten dos universos, dos espai-temps gairebé plans i idèntics.
Més tard, aquestes estructures espacials es van conèixer com a "forats de cuc", que és una traducció força fluixa de la paraula anglesa wormhole. Una traducció més propera és "forat de cuc" (a l'espai). Rosen i Einstein ni tan sols van descartar la possibilitat d'utilitzar aquests "ponts" per descriure partícules elementals amb la seva ajuda. De fet, en aquest cas la partícula és una formació purament espacial. Per tant, no cal modelar específicament la font de càrrega o massa. I un observador extern llunyà, si el forat de cuc té dimensions microscòpiques, només veu una font puntual amb càrrega i massa quan es troba en un d'aquests espais.
"Ponts" d'Einstein-Rosen
Les línies elèctriques de força entren al cau per un costat, i per l' altre costat surten sense acabar ni començar enlloc. J. Wheeler, físic nord-americà, va dir en aquesta ocasió que s'obtenen "càrrega sense càrrega" i "massa sense massa". No és gens necessari en aquest cas considerar que el pont serveix per connectar dos universos diferents. No menys apropiada seria la suposició que les dues "boques" d'un forat de cuc surten al mateix univers, però en diferents moments i en diferents punts del mateix. Resulta una cosa que s'assembla a un "mànec" buit si està cosit a un món familiar gairebé pla. Les línies de força entren a la boca, que es pot entendre com una càrrega negativa (diguem un electró). La boca de la qual surten té una càrrega positiva (positró). Pel que fa a les masses, seran iguals per ambdós costats.
Condicions per a la formació dels "ponts" d'Einstein-Rosen
Aquesta imatge, per tot el seu atractiu, no ha guanyat terreny en la física de partícules, per moltes raons. No és fàcil atribuir propietats quàntiques als "ponts" d'Einstein-Rosen, que són indispensables al micromón. Aquest "pont" no es forma en absolut per als valors coneguts de les càrregues i masses de les partícules (protons o electrons). En canvi, la solució "elèctrica" prediu una singularitat "nua", és a dir, un punt on el camp elèctric i la curvatura de l'espai esdevenen infinits. En aquests punts, el conceptel'espai-temps, fins i tot en el cas de la curvatura, perd el seu significat, ja que és impossible resoldre equacions que tinguin un nombre infinit de termes.
Quan falla GR?
Per si sol, OTO indica específicament quan deixa de funcionar. Al coll, al lloc més estret del "pont", hi ha una violació de la suavitat de la connexió. I cal dir que és més aviat no trivial. Des de la posició d'un observador llunyà, el temps s'atura en aquest coll. El que Rosen i Einstein pensaven que era la gola es defineix ara com l'horitzó d'esdeveniments d'un forat negre (ja sigui carregat o neutre). Els raigs o partícules de diferents costats del "pont" cauen en diferents "seccions" de l'horitzó. I entre les seves parts esquerra i dreta, relativament parlant, hi ha una zona no estàtica. Per passar la zona, és impossible no passar-la.
Incapacitat per passar per un forat negre
Una nau espacial que s'acosta a l'horitzó d'un forat negre relativament gran sembla congelar-se per sempre. Cada vegada amb menys freqüència, els senyals d'ella arriben… Al contrari, l'horitzó segons el rellotge del vaixell s'arriba en un temps finit. Quan un vaixell (un feix de llum o una partícula) el passa, aviat es trobarà amb una singularitat. Aquí és on la curvatura esdevé infinita. En la singularitat (encara en camí cap a ella), el cos estès serà inevitablement esquinçat i aixafat. Aquesta és la realitat de com funciona un forat negre.
Recerca addicional
El 1916-17. Es van obtenir solucions de Reisner-Nordström i Schwarzschild. En ellsdescriu esfèricament forats negres neutres i simètrics carregats elèctricament. Tanmateix, els físics van ser capaços d'entendre completament la geometria complexa d'aquests espais només al tombant dels anys 50 i 60. Va ser llavors quan D. A. Wheeler, conegut pel seu treball en la teoria de la gravetat i la física nuclear, va proposar els termes "forat de cuc" i "forat negre". Va resultar que als espais de Reisner-Nordström i Schwarzschild realment hi ha forats de cuc a l'espai. Són completament invisibles per a un observador llunyà, com els forats negres. I, com ells, els forats de cuc a l'espai són eterns. Però si el viatger penetra més enllà de l'horitzó, s'enfonsen tan ràpidament que ni un raig de llum ni una partícula massiva, i menys encara un vaixell, poden volar a través d'ells. Per volar a una altra boca, obviant la singularitat, cal moure's més ràpid que la llum. Actualment, els físics creuen que les velocitats d'energia i matèria de la supernova són fonamentalment impossibles.
Forats negres de Schwarzschild i Reisner-Nordström
El forat negre de Schwarzschild es pot considerar un forat de cuc impenetrable. Pel que fa al forat negre de Reisner-Nordström, és una mica més complicat, però també intransitable. Tot i així, no és tan difícil trobar i descriure forats de cuc en quatre dimensions a l'espai que es podrien travessar. Només cal que escolliu el tipus de mètrica que necessiteu. El tensor mètric, o mètrica, és un conjunt de valors que es poden utilitzar per calcular els intervals de quatre dimensions que existeixen entre els punts d'esdeveniment. Aquest conjunt de valors caracteritza completament tant el camp gravitatori comgeometria espai-temps. Els forats de cuc que es poden travessar geomètricament a l'espai són encara més simples que els forats negres. No tenen horitzons que condueixin a cataclismes amb el pas del temps. En diferents moments, el temps pot anar a un ritme diferent, però no s'ha d'aturar ni accelerar sense parar.
Dues línies d'investigació dels forats de cuc
La natura ha posat una barrera a l'aparició de forats de cuc. Tanmateix, una persona està disposada de tal manera que si hi ha un obstacle, sempre hi haurà qui el vulgui superar. I els científics no són una excepció. Els treballs dels teòrics que es dediquen a l'estudi dels forats de cuc es poden dividir condicionalment en dues àrees que es complementen. El primer tracta de la consideració de les seves conseqüències, assumint per endavant que existeixen forats de cuc. Els representants de la segona direcció estan tractant d'entendre de què i com poden aparèixer, quines condicions són necessàries per a la seva aparició. Hi ha més obres en aquesta direcció que en la primera i, potser, són més interessants. Aquesta àrea inclou la recerca de models de forats de cuc, així com l'estudi de les seves propietats.
Assoliments dels físics russos
Com va resultar, les propietats de la matèria, que és el material per a la construcció de forats de cuc, es poden realitzar a causa de la polarització del buit dels camps quàntics. Els físics russos Sergei Sushkov i Arkady Popov, juntament amb l'investigador espanyol David Hochberg i Sergei Krasnikov, van arribar recentment a aquesta conclusió. El buit en aquest cas no ho ésbuit. Aquest és un estat quàntic caracteritzat per l'energia més baixa, és a dir, un camp en el qual no hi ha partícules reals. En aquest camp apareixen constantment parells de partícules “virtuals”, desapareixent abans de ser detectades pels dispositius, però deixen la seva empremta en forma de tensor d'energia, és a dir, un impuls caracteritzat per propietats inusuals. Malgrat que les propietats quàntiques de la matèria es manifesten principalment en el microcosmos, els forats de cuc generats per ells, en determinades condicions, poden assolir mides importants. Per cert, un dels articles de Krasnikov es diu "L'amenaça dels forats de cuc".
Una qüestió de filosofia
Si mai es construeixen o es descobreixen forats de cuc, el camp de la filosofia que s'ocupa de la interpretació de la ciència s'enfrontarà a nous reptes, i he de dir, molt difícils. Malgrat tot l'aparentment absurd dels bucles de temps i els problemes difícils de la causalitat, aquesta àrea de la ciència probablement ho descobrirà algun dia. De la mateixa manera que tractaven els problemes de la mecànica quàntica i la teoria de la relativitat creada per Einstein. Espai, espai i temps: totes aquestes preguntes han interessat persones de totes les edats i, pel que sembla, sempre ens interessaran. És gairebé impossible conèixer-los completament. És poc probable que l'exploració espacial es completi mai.
