جهان ستاره ای مملو از رازهای بسیاری است. طبق نظریه نسبیت عام (GR) که توسط انیشتین ایجاد شد، ما در یک فضا-زمان چهار بعدی زندگی می کنیم. منحنی است و جاذبه، که برای همه ما آشناست، جلوه ای از این خاصیت است. ماده خم می شود، فضای اطراف خود را "خم می کند" و هر چه بیشتر، متراکم تر است. فضا، مکان و زمان همگی موضوعات بسیار جالبی هستند. پس از خواندن این مقاله، مطمئنا چیز جدیدی در مورد آنها خواهید آموخت.
ایده انحنا
بسیاری از نظریه های دیگر گرانش، که امروزه صدها مورد از آنها وجود دارد، در جزئیات با نسبیت عام متفاوت است. با این حال، همه این فرضیه های نجومی نکته اصلی - ایده انحنا را حفظ می کنند. اگر فضا منحنی باشد، آنگاه می‌توانیم فرض کنیم که می‌تواند به شکل لوله‌ای باشد که نواحی را به هم متصل می‌کند که سال‌های نوری زیادی از هم جدا شده‌اند. و شاید حتی دوره های دور از یکدیگر. به هر حال، ما در مورد فضایی که برای ما آشناست صحبت نمی کنیم، بلکه وقتی کیهان را در نظر می گیریم در مورد فضا-زمان صحبت می کنیم. یک سوراخ در آنفقط تحت شرایط خاصی ظاهر می شود. ما از شما دعوت می کنیم تا به پدیده جالبی مانند کرم چاله نگاه کنید.
اولین ایده در مورد کرمچاله
فضای عمیق و اسرار آن اشاره می کند. افکار در مورد انحنا بلافاصله پس از انتشار GR ظاهر شد. L. Flamm، یک فیزیکدان اتریشی، قبلاً در سال 1916 گفت که هندسه فضایی می تواند به شکل نوعی سوراخ وجود داشته باشد که دو جهان را به هم متصل می کند. ریاضیدان N. Rosen و A. Einstein در سال 1935 متوجه شدند که ساده ترین راه حل های معادلات در چارچوب نسبیت عام، توصیف منابع بار الکتریکی یا خنثی ایزوله که میدان های گرانشی را ایجاد می کنند، دارای ساختار "پل" فضایی هستند. یعنی دو جهان، دو فضا-زمان تقریباً مسطح و یکسان را به هم متصل می‌کنند.
بعداً این ساختارهای فضایی به "کرم چاله" معروف شدند که ترجمه ای نسبتاً سست از کلمه انگلیسی کرمچاله است. ترجمه نزدیکتر آن «کرم چاله» (در فضا) است. روزن و انیشتین حتی امکان استفاده از این "پل ها" را برای توصیف ذرات بنیادی با کمک آنها رد نکردند. در واقع، در این مورد ذره یک سازند فضایی محض است. بنابراین، نیازی به مدل سازی خاص منبع بار یا جرم نیست. و یک ناظر خارجی دور، اگر کرمچاله دارای ابعاد میکروسکوپی باشد، در یکی از این فضاها فقط یک منبع نقطه ای با بار و جرم می بیند.
«پل های اینشتین-رزن»
خطوط نیروی الکتریکی از یک طرف وارد گودال می شوند و از طرف دیگر بدون پایان یا شروع از جایی خارج می شوند. جی ویلر، فیزیکدان آمریکایی، به همین مناسبت گفت که «شارژ بدون بار» و «جرم بدون جرم» به دست می آید. در این مورد اصلاً لازم نیست در نظر بگیریم که پل در خدمت اتصال دو جهان مختلف است. این فرض که هر دو "دهن" کرم چاله به یک جهان می روند، اما در زمان های مختلف و در نقاط مختلف آن، کمتر مناسب نیست. به نظر می رسد چیزی شبیه به یک "دسته" توخالی، اگر به یک دنیای آشنا تقریبا صاف دوخته شود. خطوط نیرو وارد دهان می شود که می توان آن را به عنوان یک بار منفی (مثلاً یک الکترون) فهمید. دهانی که از آن خارج می شوند دارای بار مثبت (پوزیترون) است. در مورد توده ها، آنها در هر دو طرف یکسان خواهند بود.
شرایط تشکیل «پل‌های» اینشتین-روزن
این تصویر، با همه جذابیت‌هایش، به دلایل زیادی در فیزیک ذرات جای خود را به دست نیاورده است. به راحتی نمی توان ویژگی های کوانتومی را به پل های انیشتین-رزن نسبت داد، که در دنیای خرد ضروری هستند. چنین "پلی" به هیچ وجه برای مقادیر شناخته شده بارها و جرم ذرات (پروتون یا الکترون) تشکیل نمی شود. راه حل "الکتریکی" در عوض یک تکینگی "لخت" را پیش بینی می کند، یعنی نقطه ای که میدان الکتریکی و انحنای فضا بی نهایت می شود. در چنین نقاطی، مفهومفضا-زمان، حتی در مورد انحنا، معنای خود را از دست می دهد، زیرا حل معادلاتی که دارای تعداد نامتناهی عبارت هستند غیرممکن است.
چه زمانی GR شکست می خورد؟
به خودی خود، OTO به طور مشخص دقیقاً زمان توقف کار را بیان می کند. روی گردن، در باریک ترین مکان "پل"، نقض صافی اتصال وجود دارد. و باید گفت که نسبتاً بی اهمیت است. از موقعیت یک ناظر دور، زمان در این گردن متوقف می شود. آنچه روزن و انیشتین فکر می کردند گلو است، اکنون به عنوان افق رویداد یک سیاهچاله (چه باردار یا خنثی) تعریف می شود. پرتوها یا ذرات از طرف های مختلف "پل" بر روی "بخش های" مختلف افق می افتند. و بین قسمت چپ و راست آن، به طور نسبی، یک ناحیه غیر ساکن وجود دارد. برای گذر از منطقه نمی توان از آن گذشت.
ناتوانی در عبور از سیاهچاله
به نظر می رسد یک سفینه فضایی که به افق یک سیاهچاله نسبتاً بزرگ نزدیک می شود برای همیشه یخ می زند. کمتر و کمتر سیگنال هایی از آن می رسد… برعکس، به افق مطابق با ساعت کشتی در زمان محدودی می رسد. وقتی یک کشتی (پرتوی نور یا ذره) از آن عبور می کند، به زودی به یک تکینگی برخورد می کند. اینجاست که انحنا بی نهایت می شود. در تکینگی (هنوز در راه آن)، بدن کشیده ناگزیر پاره و له می شود. این واقعیت نحوه عملکرد سیاهچاله است.
تحقیق بیشتر
در 1916-17. راه حل های Reisner-Nordström و Schwarzschild به دست آمد. در آنهابه صورت کروی سیاهچاله های متقارن باردار الکتریکی و خنثی را توصیف می کند. با این حال، فیزیکدانان تنها در اواخر دهه 1950 و 60 قادر به درک کامل هندسه پیچیده این فضاها بودند. پس از آن بود که D. A. Wheeler، که به دلیل کار خود در نظریه گرانش و فیزیک هسته ای شناخته شده بود، اصطلاحات "کرم چاله" و "سیاه چاله" را پیشنهاد کرد. معلوم شد که در فضاهای Reisner-Nordström و Schwarzschild واقعا کرمچاله هایی در فضا وجود دارد. آنها مانند سیاهچاله ها برای یک ناظر دور کاملاً نامرئی هستند. و مانند آنها، کرم چاله ها در فضا ابدی هستند. اما اگر مسافر به فراسوی افق نفوذ کند، آنقدر سریع فرو می ریزند که نه یک پرتو نور و نه ذره ای عظیم، چه رسد به یک کشتی، نمی تواند از میان آنها عبور کند. برای پرواز به دهان دیگری، با دور زدن تکینگی، باید سریعتر از نور حرکت کنید. در حال حاضر، فیزیکدانان معتقدند که سرعت ابرنواختر انرژی و ماده اساساً غیرممکن است.
سیاهچاله های شوارتزشیلد و رایسنر-نوردستروم
سیاهچاله شوارتزشیلد را می توان یک کرم چاله غیرقابل نفوذ در نظر گرفت. در مورد سیاهچاله رایسنر-نوردستروم، این سیاهچاله تا حدودی پیچیده‌تر، اما غیرقابل عبور است. با این حال، پیدا کردن و توصیف کرمچاله‌های چهار بعدی در فضا که بتوان از آنها عبور کرد چندان سخت نیست. فقط باید نوع متریک مورد نیاز خود را انتخاب کنید. تانسور متریک یا متریک مجموعه ای از مقادیر است که می تواند برای محاسبه فواصل چهار بعدی که بین نقاط رویداد وجود دارد استفاده شود. این مجموعه مقادیر به طور کامل هم میدان گرانشی و همهندسه فضا-زمان کرمچاله های قابل عبور هندسی در فضا حتی ساده تر از سیاهچاله ها هستند. آنها افق هایی ندارند که با گذشت زمان منجر به فاجعه شود. در نقاط مختلف، زمان می‌تواند با سرعت متفاوتی پیش برود، اما نباید متوقف شود یا بی‌پایان سرعت بگیرد.
دو خط تحقیق کرمچاله
طبیعت مانعی برای ظهور کرمچاله ها قرار داده است. اما نظم و ترتیب انسان به گونه ای است که اگر مانعی وجود داشته باشد همیشه کسانی هستند که می خواهند بر آن غلبه کنند. و دانشمندان نیز از این قاعده مستثنی نیستند. آثار نظریه پردازانی که به مطالعه کرم چاله ها می پردازند را می توان به طور مشروط به دو حوزه تقسیم کرد که مکمل یکدیگر هستند. اولی به بررسی عواقب آنها می پردازد، با این فرض که از قبل کرمچاله ها وجود دارند. نمایندگان جهت دوم سعی می کنند بفهمند که از چه چیزی و چگونه می توانند ظاهر شوند، چه شرایطی برای وقوع آنها ضروری است. در این راستا آثاری نسبت به اولی بیشتر است و شاید جذابیت بیشتری داشته باشند. این منطقه شامل جستجوی مدل‌های کرم‌چاله‌ها و همچنین مطالعه خواص آنها می‌شود.
دستاوردهای فیزیکدانان روسی
همانطور که مشخص شد، خواص ماده، که ماده ای برای ساخت کرم چاله ها است، به دلیل قطبی شدن خلاء میدان های کوانتومی قابل درک است. فیزیکدانان روسی سرگئی سوشکوف و آرکادی پوپوف به همراه محقق اسپانیایی دیوید هوخبرگ و سرگئی کراسنیکوف اخیراً به این نتیجه رسیده اند. خلاء در این مورد نیستپوچی این یک حالت کوانتومی است که با کمترین انرژی مشخص می شود، یعنی میدانی که هیچ ذره واقعی در آن وجود ندارد. در این زمینه، جفت ذرات "مجازی" به طور مداوم ظاهر می شوند، قبل از اینکه توسط دستگاه ها شناسایی شوند ناپدید می شوند، اما علامت خود را به شکل یک تانسور انرژی، یعنی یک تکانه با ویژگی های غیر معمول مشخص می کنند. علیرغم این واقعیت که خواص کوانتومی ماده عمدتاً در عالم کوچک آشکار می شود، کرمچاله های ایجاد شده توسط آنها، تحت شرایط خاص، می توانند به اندازه های قابل توجهی برسند. اتفاقا یکی از مقالات کراسنیکوف "تهدید کرمچاله ها" نام دارد.
یک سؤال از فلسفه
اگر کرمچاله ها ساخته یا کشف شوند، حوزه فلسفه مربوط به تفسیر علم با چالش های جدیدی روبرو خواهد شد و باید بگویم که چالش های بسیار دشواری است. با وجود همه پوچ بودن به ظاهر حلقه های زمانی و مشکلات سخت علیت، این حوزه از علم احتمالاً روزی آن را کشف خواهد کرد. همانطور که آنها به مسائل مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت ایجاد شده توسط انیشتین پرداختند. فضا، مکان و زمان - همه این سؤالات افراد را در همه اعصار علاقه مند کرده است و ظاهراً همیشه ما را مورد توجه قرار خواهد داد. شناخت کامل آنها تقریبا غیرممکن است. بعید است که اکتشاف فضایی هرگز کامل شود.
