L'universo stellare è pieno di molti misteri. Secondo la teoria della relatività generale (GR), creata da Einstein, viviamo in uno spazio-tempo quadridimensionale. È curvo e la gravità, familiare a tutti noi, è una manifestazione di questa proprietà. La materia piega, "piega" lo spazio attorno a sé e più è denso. Spazio, spazio e tempo sono tutti argomenti molto interessanti. Dopo aver letto questo articolo, imparerai sicuramente qualcosa di nuovo su di loro.
L'idea della curvatura
Molte altre teorie della gravità, di cui ce ne sono centinaia oggi, differiscono nei dettagli dalla relatività generale. Tuttavia, tutte queste ipotesi astronomiche mantengono la cosa principale: l'idea di curvatura. Se lo spazio è curvo, possiamo supporre che possa assumere, ad esempio, la forma di un tubo che collega aree separate da molti anni luce. E forse anche epoche lontane l'una dall' altra. Dopotutto, non stiamo parlando dello spazio che ci è familiare, ma dello spazio-tempo quando consideriamo il cosmo. Un buco in essoappaiono solo in determinate condizioni. Ti invitiamo a dare un'occhiata più da vicino a un fenomeno così interessante come i wormhole.
Prime idee sui wormhole
Lo spazio profondo e i suoi misteri invitano. I pensieri sulla curvatura sono apparsi immediatamente dopo la pubblicazione di GR. L. Flamm, fisico austriaco, già nel 1916 affermava che la geometria spaziale può esistere sotto forma di una specie di buco che collega due mondi. I matematici N. Rosen e A. Einstein nel 1935 hanno notato che le soluzioni di equazioni più semplici nel quadro della relatività generale, che descrivono sorgenti isolate elettricamente cariche o neutre che creano campi gravitazionali, hanno una struttura spaziale a "ponte". Cioè, collegano due universi, due spazio-tempi quasi piatti e identici.
In seguito queste strutture spaziali divennero note come "wormholes", che è una traduzione piuttosto generica della parola inglese wormhole. Una traduzione più stretta di esso è "wormhole" (nello spazio). Rosen ed Einstein non hanno nemmeno escluso la possibilità di utilizzare questi "ponti" per descrivere le particelle elementari con il loro aiuto. Infatti, in questo caso la particella è una formazione puramente spaziale. Pertanto, non è necessario modellare in modo specifico la fonte di carica o la massa. E un osservatore esterno distante, se il wormhole ha dimensioni microscopiche, vede solo una sorgente puntiforme con una carica e una massa quando si trova in uno di questi spazi.
Einstein-Rosen "Bridges"
Le linee di forza elettriche entrano nella tana da un lato e dall' altro escono senza finire o iniziare da nessuna parte. J. Wheeler, un fisico americano, ha detto in questa occasione che si ottengono "carica senza carica" e "massa senza massa". Non è affatto necessario in questo caso considerare che il ponte serve a collegare due universi diversi. Non meno appropriato sarebbe il presupposto che entrambe le "bocche" di un wormhole escano nello stesso universo, ma in momenti diversi e in punti diversi di esso. Si scopre qualcosa che assomiglia a una "maniglia" vuota, se è cucita a un mondo familiare quasi piatto. Le linee di forza entrano nella bocca, che può essere intesa come una carica negativa (diciamo un elettrone). La bocca da cui escono ha una carica positiva (positrone). Per quanto riguarda le masse, saranno le stesse su entrambi i lati.
Condizioni per la formazione dei "ponti" Einstein-Rosen
Questa immagine, nonostante tutta la sua attrattiva, non ha guadagnato terreno nella fisica delle particelle, per molte ragioni. Non è facile attribuire proprietà quantistiche ai "ponti" Einstein-Rosen, indispensabili nel micromondo. Un tale "ponte" non si forma affatto per valori noti delle cariche e delle masse di particelle (protoni o elettroni). La soluzione "elettrica" prevede invece una singolarità "nuda", cioè un punto in cui il campo elettrico e la curvatura dello spazio diventano infiniti. A tali punti, il concettolo spazio-tempo, anche nel caso della curvatura, perde di significato, poiché è impossibile risolvere equazioni che abbiano un numero infinito di termini.
Quando il GR fallisce?
Di per sé, OTO specifica esattamente quando smette di funzionare. Sul collo, nel punto più stretto del "ponte", c'è una violazione della scorrevolezza della connessione. E va detto che è piuttosto non banale. Dalla posizione di un osservatore distante, il tempo si ferma a questo collo. Quello che Rosen ed Einstein pensavano fosse la gola è ora definito come l'orizzonte degli eventi di un buco nero (che sia carico o neutro). Raggi o particelle provenienti da diversi lati del "ponte" cadono su diverse "sezioni" dell'orizzonte. E tra le sue parti sinistra e destra, relativamente parlando, c'è un'area non statica. Per oltrepassare l'area è impossibile non oltrepassarla.
Incapacità di passare attraverso un buco nero
Un'astronave che si avvicina all'orizzonte di un buco nero relativamente grande sembra congelarsi per sempre. Sempre meno spesso, i segnali da esso arrivano … Al contrario, l'orizzonte secondo l'orologio della nave viene raggiunto in un tempo finito. Quando una nave (un raggio di luce o una particella) la supera, presto si imbatterà in una singolarità. È qui che la curvatura diventa infinita. Nella singolarità (ancora in cammino), il corpo esteso sarà inevitabilmente lacerato e schiacciato. Questa è la re altà di come funziona un buco nero.
Ulteriori ricerche
Nel 1916-17. Sono state ottenute soluzioni Reisner-Nordström e Schwarzschild. In lorodescrive sfericamente buchi neri simmetrici caricati elettricamente e neutri. Tuttavia, i fisici sono stati in grado di comprendere appieno la complessa geometria di questi spazi solo a cavallo degli anni '50 e '60. Fu allora che DA Wheeler, noto per il suo lavoro sulla teoria della gravità e la fisica nucleare, propose i termini "wormhole" e "black hole". Si è scoperto che negli spazi di Reisner-Nordström e Schwarzschild ci sono davvero dei wormhole nello spazio. Sono completamente invisibili a un osservatore distante, come i buchi neri. E, come loro, i wormhole nello spazio sono eterni. Ma se il viaggiatore penetra oltre l'orizzonte, crollano così rapidamente che né un raggio di luce né una particella massiccia, per non parlare di una nave, possono attraversarli. Per volare verso un' altra bocca, aggirando la singolarità, devi muoverti più velocemente della luce. Attualmente, i fisici ritengono che le velocità delle supernova dell'energia e della materia siano fondamentalmente impossibili.
Buchi neri di Schwarzschild e Reisner-Nordström
Il buco nero di Schwarzschild può essere considerato un wormhole impenetrabile. Per quanto riguarda il buco nero Reisner-Nordström, è un po' più complicato, ma anche impraticabile. Tuttavia, non è così difficile inventare e descrivere wormhole quadridimensionali nello spazio che potrebbero essere attraversati. Devi solo scegliere il tipo di metrica di cui hai bisogno. Il tensore metrico, o metrica, è un insieme di valori che possono essere utilizzati per calcolare gli intervalli quadridimensionali esistenti tra i punti evento. Questo insieme di valori caratterizza pienamente sia il campo gravitazionale chegeometria spazio-temporale. I wormhole geometricamente attraversabili nello spazio sono persino più semplici dei buchi neri. Non hanno orizzonti che portino a cataclismi con il passare del tempo. In momenti diversi, il tempo può andare a un ritmo diverso, ma non dovrebbe fermarsi o accelerare all'infinito.
Due linee di ricerca sui wormhole
La natura ha posto una barriera alla comparsa dei wormhole. Tuttavia, una persona è disposta in modo tale che se c'è un ostacolo, ci sarà sempre chi vorrà superarlo. E gli scienziati non fanno eccezione. I lavori dei teorici impegnati nello studio dei wormhole possono essere suddivisi condizionatamente in due aree che si completano a vicenda. Il primo riguarda la considerazione delle loro conseguenze, presupponendo in anticipo che i wormhole esistano. I rappresentanti della seconda direzione stanno cercando di capire da cosa e come possono apparire, quali condizioni sono necessarie per il loro verificarsi. Ci sono più opere in questa direzione che nella prima e, forse, sono più interessanti. Quest'area include la ricerca di modelli di wormhole, nonché lo studio delle loro proprietà.
Risultati dei fisici russi
Come si è scoperto, le proprietà della materia, che è il materiale per la costruzione dei wormhole, possono essere realizzate grazie alla polarizzazione del vuoto dei campi quantistici. I fisici russi Sergei Sushkov e Arkady Popov, insieme al ricercatore spagnolo David Hochberg e Sergei Krasnikov, sono giunti di recente a questa conclusione. Il vuoto in questo caso non lo èvuoto. Questo è uno stato quantistico caratterizzato dall'energia più bassa, cioè un campo in cui non ci sono particelle reali. In questo campo compaiono costantemente coppie di particelle “virtuali”, che scompaiono prima di essere rilevate dai dispositivi, ma lasciano il segno sotto forma di un tensore di energia, cioè un impulso caratterizzato da proprietà insolite. Nonostante le proprietà quantistiche della materia si manifestino principalmente nel microcosmo, i wormhole da essi generati, in determinate condizioni, possono raggiungere dimensioni significative. Uno degli articoli di Krasnikov, tra l' altro, si intitola "The Threat of Wormholes".
Una questione di filosofia
Se i wormhole vengono mai costruiti o scoperti, il campo della filosofia interessato all'interpretazione della scienza dovrà affrontare nuove sfide, e devo dire, molto difficili. Nonostante tutta l'apparente assurdità dei loop temporali e i difficili problemi della causalità, quest'area della scienza probabilmente lo capirà un giorno. Così come si sono occupati dei problemi della meccanica quantistica e della teoria della relatività creata da Einstein. Spazio, spazio e tempo: tutte queste domande hanno interessato persone di tutte le età e, a quanto pare, ci interesseranno sempre. È quasi impossibile conoscerli completamente. È improbabile che l'esplorazione spaziale venga mai completata.
