Hvězdný vesmír je plný mnoha záhad. Podle obecné teorie relativity (GR), kterou vytvořil Einstein, žijeme ve čtyřrozměrném časoprostoru. Je zakřivená a projevem této vlastnosti je nám všem známá gravitace. Hmota se ohýbá, „ohýbá“prostor kolem sebe a čím více, tím je hustší. Prostor, prostor a čas jsou velmi zajímavá témata. Po přečtení tohoto článku se o nich jistě dozvíte něco nového.
Myšlenka zakřivení
Mnoho dalších teorií gravitace, kterých dnes existují stovky, se od obecné teorie relativity liší v detailech. Všechny tyto astronomické hypotézy si však zachovávají hlavní věc - myšlenku zakřivení. Pokud je prostor zakřivený, pak můžeme předpokládat, že by mohl mít například tvar trubky spojující oblasti, které jsou od sebe odděleny mnoha světelnými roky. A možná i éry daleko od sebe. Koneckonců, nemluvíme o prostoru, který je nám známý, ale o časoprostoru, když uvažujeme o kosmu. Je v něm dírase objeví pouze za určitých podmínek. Zveme vás, abyste se blíže podívali na tak zajímavý fenomén, jako jsou červí díry.
První nápady o červích dírách
Hluboký vesmír a jeho záhady lákají. Úvahy o zakřivení se objevily hned po zveřejnění GR. L. Flamm, rakouský fyzik, již v roce 1916 řekl, že prostorová geometrie může existovat ve formě jakési díry, která spojuje dva světy. Matematici N. Rosen a A. Einstein si v roce 1935 všimli, že nejjednodušší řešení rovnic v rámci obecné teorie relativity, popisující izolované elektricky nabité nebo neutrální zdroje, které vytvářejí gravitační pole, mají prostorovou "mostovou" strukturu. To znamená, že spojují dva vesmíry, dva téměř ploché a identické časoprostory.
Později se tyto prostorové struktury staly známými jako „červí díry“, což je poněkud volný překlad anglického slova červí díra. Bližší překlad je „červí díra“(ve vesmíru). Rosen a Einstein dokonce nevyloučili ani možnost využít tyto „mosty“k popisu elementárních částic s jejich pomocí. Ve skutečnosti je v tomto případě částice čistě prostorový útvar. Není tedy potřeba konkrétně modelovat zdroj náboje nebo hmoty. A vzdálený vnější pozorovatel, pokud má červí díra mikroskopické rozměry, vidí v jednom z těchto prostorů pouze bodový zdroj s nábojem a hmotností.
Einstein-Rosen "Bridges"
Elektrické siločáry vstupují do nory z jedné strany az druhé strany vycházejí, aniž by kdekoli skončily nebo začínaly. J. Wheeler, americký fyzik, při této příležitosti řekl, že se získá „náboj bez náboje“a „hmotnost bez hmotnosti“. V tomto případě není vůbec nutné uvažovat, že most slouží ke spojení dvou různých vesmírů. Neméně vhodný by byl předpoklad, že obě „ústa“červí díry vycházejí do stejného vesmíru, ale v různých časech a na různých místech v něm. Ukáže se něco, co připomíná dutou „rukojeť“, pokud je to přišito k téměř plochému známému světu. Do úst vstupují siločáry, které lze chápat jako záporný náboj (řekněme elektron). Ústa, ze kterých vycházejí, mají kladný náboj (pozitron). Pokud jde o masy, budou na obou stranách stejné.
Podmínky pro vytvoření Einstein-Rosenových „mostů“
Tento obrázek se přes veškerou svou přitažlivost neprosadil ve fyzice částic z mnoha důvodů. Přisoudit kvantové vlastnosti Einstein-Rosenovým „mostům“, které jsou v mikrosvětě nepostradatelné, není snadné. Takový "můstek" se pro známé hodnoty nábojů a hmotností částic (protonů nebo elektronů) vůbec nevytváří. „Elektrické“řešení místo toho předpovídá „holou“singularitu, tedy bod, kde se elektrické pole a zakřivení prostoru stávají nekonečnými. V takových bodech konceptčasoprostor i v případě zakřivení ztrácí svůj význam, protože není možné řešit rovnice, které mají nekonečný počet členů.
Kdy GR selže?
Sám o sobě OTO konkrétně uvádí, kdy přesně přestane fungovat. Na krku v nejužším místě "mostu" dochází k porušení plynulosti spojení. A nutno říci, že spíše netriviální. Z pozice vzdáleného pozorovatele se na tomto krku zastaví čas. To, co Rosen a Einstein považovali za hrdlo, je nyní definováno jako horizont událostí černé díry (ať už nabité nebo neutrální). Paprsky nebo částice z různých stran „mostu“dopadají na různé „úseky“horizontu. A mezi jeho levou a pravou částí je relativně vzato nestatická oblast. Aby bylo možné projít oblastí, je nemožné ji neprojet.
Neschopnost projít černou dírou
Kosmická loď přibližující se k horizontu relativně velké černé díry jako by navždy zamrzla. Stále méně často se signály z ní dostávají … Naopak horizontu podle lodních hodin je dosaženo v konečném čase. Když kolem něj projde loď (paprsek světla nebo částice), brzy narazí na singularitu. Zde se zakřivení stává nekonečným. V singularitě (stále na cestě k ní) bude prodloužené tělo nevyhnutelně roztrháno a rozdrceno. Toto je realita fungování černé díry.
Další výzkum
V letech 1916-17. Byly získány roztoky Reisner-Nordström a Schwarzschild. V nichsféricky popisuje symetrické elektricky nabité a neutrální černé díry. Fyzici však byli schopni plně pochopit složitou geometrii těchto prostorů až na přelomu 50. a 60. let. Tehdy D. A. Wheeler, známý svou prací v teorii gravitace a jaderné fyzice, navrhl termíny „červí díra“a „černá díra“. Ukázalo se, že v prostorech Reisner-Nordström a Schwarzschild skutečně jsou ve vesmíru červí díry. Pro vzdáleného pozorovatele jsou zcela neviditelné, jako černé díry. A stejně jako oni jsou červí díry ve vesmíru věčné. Pokud ale cestovatel pronikne za horizont, zhroutí se tak rychle, že jimi neproletí ani paprsek světla, ani masivní částice, natož loď. Chcete-li letět do jiné tlamy a obejít singularitu, musíte se pohybovat rychleji než světlo. V současné době se fyzici domnívají, že rychlosti energie a hmoty pro supernovy jsou v zásadě nemožné.
Černé díry Schwarzschilda a Reisnera-Nordströma
Schwarzschildovu černou díru lze považovat za neproniknutelnou červí díru. Co se týče černé díry Reisner-Nordström, ta je poněkud složitější, ale také neprůchodná. Přesto není tak těžké vymyslet a popsat čtyřrozměrné červí díry ve vesmíru, kterými by se dalo projít. Stačí si vybrat typ metriky, kterou potřebujete. Metrický tenzor nebo metrika je sada hodnot, které lze použít k výpočtu čtyřrozměrných intervalů, které existují mezi body událostí. Tento soubor hodnot plně charakterizuje jak gravitační pole, tak ičasoprostorová geometrie. Geometricky průchodné červí díry ve vesmíru jsou ještě jednodušší než černé díry. Nemají horizonty, které by postupem času vedly ke kataklyzmatům. V různých bodech může čas plynout jiným tempem, ale neměl by se zastavit nebo zrychlit donekonečna.
Dvě linie výzkumu červích děr
Příroda postavila bariéru vzniku červích děr. Člověk je však zařízen tak, že když je nějaká překážka, vždy se najdou tací, kteří ji chtějí překonat. A vědci nejsou výjimkou. Práce teoretiků, kteří se zabývají studiem červích děr, lze podmíněně rozdělit do dvou oblastí, které se vzájemně doplňují. První se zabývá úvahou o jejich důsledcích, předem předpokládá, že červí díry skutečně existují. Zástupci druhého směru se snaží pochopit, z čeho a jak se mohou objevit, jaké podmínky jsou nezbytné pro jejich výskyt. V tomto směru je více děl než v prvním a možná jsou zajímavější. Tato oblast zahrnuje hledání modelů červích děr a také studium jejich vlastností.
Úspěchy ruských fyziků
Jak se ukázalo, vlastnosti hmoty, která je materiálem pro stavbu červích děr, lze realizovat díky polarizaci vakua kvantových polí. K tomuto závěru nedávno dospěli ruští fyzici Sergej Suškov a Arkadij Popov spolu se španělským výzkumníkem Davidem Hochbergem a Sergejem Krasnikovem. Vakuum v tomto případě neníprázdnota. Jedná se o kvantový stav charakterizovaný nejnižší energií, tedy polem, ve kterém nejsou žádné skutečné částice. V tomto poli se neustále objevují dvojice „virtuálních“částic, které mizí dříve, než je zachytí zařízení, ale zanechávají svou stopu v podobě energetického tenzoru, tedy impulsu vyznačujícího se neobvyklými vlastnostmi. Navzdory tomu, že se kvantové vlastnosti hmoty projevují především v mikrokosmu, jimi generované červí díry mohou za určitých podmínek dosahovat značných velikostí. Jeden z Krasnikovových článků se mimochodem jmenuje „Hrozba červích děr“.
Otázka filozofie
Pokud budou někdy postaveny nebo objeveny červí díry, bude oblast filozofie zabývající se interpretací vědy čelit novým výzvám, a musím říci, že velmi obtížným. Přes všechnu zdánlivou absurditu časových smyček a těžké problémy kauzality na to tato oblast vědy pravděpodobně jednou přijde. Stejně jako se zabývali problémy kvantové mechaniky a teorií relativity vytvořenou Einsteinem. Prostor, prostor a čas – všechny tyto otázky zajímaly lidi všech věkových kategorií a zjevně budou zajímat vždy nás. Vyznat se v nich úplně je téměř nemožné. Průzkum vesmíru pravděpodobně nebude nikdy dokončen.
