Защо червеевата дупка би приличала на сфера, а не на тунел? Анализ на портала към друга вселена от гледната точка на физиката
Научната фантастика ни е дала един от най-завладяващите облици: галактически транспортен съд, който се гмурка в вибриращ ураган – портал към друга вселена. Този „ тунел “ през тъканта на пространство-времето, прочут като червеева дупка, е станал знак на мигновеното междузвездно пътешестване. Но какво би било, в случай че прибавим, че това изображение евентуално няма нищо общо с действителността?
Ако червеевите дупки съществуваха, те нямаше да наподобяват като дупки или тунели, а като… сфери. Спокойни, евентуално изкривяващи светлината сфери, носещи се в пространството. Това изказване, учредено на калкулации от общата доктрина на относителността, прекатурва общоприетата ни визия. Нека разберем за какво основният „ транспортен възел “ на Вселената е толкоз друг от това, което виждаме в киното, и за какво пътуването през него си остава, уви, сюжет за трагична пиеса.
От листа хартия до триизмерната сфера
За да разберем от кое място идва формата на сферата, би трябвало да стартираме с основите. Какво е червеева дупка във физиката? Това е предполагаем „ мост на Айнщайн-Розен “ – директен път, свързващ две доста отдалечени точки в пространство-времето.
Класическата прилика, която физиците обичат, е с лист хартия. Представете си, че нашата Вселена е двуизмерна като този лист. За да стигнете от едната точка на листа до другата, би трябвало да изминете дълъг път по повърхността му. Но в случай че сгънем листа по този начин, че точките да се допират, и ги пробием с молив, ще създадем незабавен преход. Това продупчване е аналог на червеевата дупка.
Каква е уловката? Ние не живеем върху плосък лист хартия, а в триизмерно пространство. И „ дупката “ на този предполагаем тунел в нашия свят ще има не две, а три измерения. Двуизмерният кръг върху хартията в триизмерното пространство се трансформира в сфера. Следователно, летейки към червеевата дупка, ще видите не зееща дупка, а обект, сходен на сфера. От позиция на физиката пътуването през нея би било като да бъдете засмукани в един балон и по-късно изхвърлени от различен.
Математическо показване като графика на непроходима червеева дупка на Лоренц (Шварцшилд) Освен това тази сфера би могла да има невероятни оптични свойства. Светлината от звездите от „ другата страна “ би минала през червеевата дупка и бихте могли да видите в тази сфера килнат облик на някоя далечна вселена, като че ли гледате в галактическа кристална топка.
Проблемът със стабилността: екзотичното гориво за звездните портали
Звучи завладяващо. Но преди да сте събрали багажа си за междугалактическо странствуване, си коства да научите за главния проблем, който отнася червейните дупки в категорията „ спекулативна физика “. Те са нестабилни.
Според изчисленията всяка червеева дупка, основана от елементарната материя, ще се унищожи по-бързо, в сравнение с даже фотон светлина може да премине през нея. За да се резервира този „ тунел “ отворен, е належащо нещо напълно необикновено – една екзотична материя.
Това не е просто необичаен или незнаен химичен детайл. Това е хипотетично вещество с негативна енергийна компактност. Нека се спрем малко по-подробно. Цялата позната ни материя има позитивна маса и основава гравитационно привличане. Въпросната екзотична материя, въпреки това, би трябвало да демонстрира „ антигравитация “ – мощ на отбиване, която ще раздира стените на червеевата дупка от вътрешната страна, като предотвратява нейното сриване.
До момента няма доказателства, че такава материя съществува. С други думи, в случай че беше допустимо да се сътвори такова положение на материята, червеевата дупка би била допустима. Но множеството физици са съгласни, че самата концепция, че такава материя съществува, е доста съмнителна. Дори и да я открием, изпращането на транспортен съд или човек през портала – тромб с елементарна, позитивна сила – би могло да наруши деликатния баланс и да провокира колапс.
Трагедия с галактически размери
Да си представим за миг, че в действителност съществува постоянна червеева дупка. Може би тя свързва две черни дупки в разнообразни вселени. Тази концепция е породила красива и тъжна метафора, която от време на време се назовава в научната общественост „ галактическата версия на Ромео и Жулиета “.
Представете си влюбени, които живеят в разнообразни вселени. Единственият им късмет да се срещнат е да скочат в черни дупки, които по щастливо стичане на събитията са свързани с мост на Айнщайн-Розен. Те се устремяват един към различен през този галактически кулоар. Но финалът е предупреден и драматичен.
Черните дупки, които служат за входове, имат чудовищна гравитация. Приближавайки се към сингулярността – точката с безкрайна компактност в центъра – всеки обект ще бъде раздължен и раздран на атоми. Този развой се назовава от физиците с мрачна подигравка „ спагетиране “. Така че даже мостът да съществува, входовете му са гибелен капан. Една обречена любовна история, разиграваща се в галактически мащаб.
Моделиране на изображение на проходима червеева дупка, свързваща площада пред Физическия институт на университета в Тюбинген с пясъчните дюни край Булон-сюр-Мер в Северна Франция. Изображението е изчислено благодарение на четириизмерно трасиране на лъчите в метриката на червейната дупка на Морис-Торн, само че гравитационният резултат върху дължината на светлинната вълна не е моделиран Защо физиците се нуждаят от невъзможни обекти?
Ако червейните дупки са толкоз хипотетични и цялостни с парадокси, за какво учените не престават да ги учат? Въпросът е, че сходни „ екзотични сюжети “ са съвършен полигон за инспекция границите на нашите познания.
Червеевите дупки се намират в пресечната точка на две от най-великите теории на XX век: общата доктрина на относителността, която разказва гравитацията и пространството в огромен мащаб, и квантовата механика, която ръководи света на субатомните частици. Тези две теории работят чудесно в своите области, само че към момента не могат да бъдат обединени в една обща „ доктрина на всичко “.
Като учат рисковите обекти, като да вземем за пример червеевите дупки или черните дупки, физиците се пробват да открият точките, в които тези теории се сблъскват. Това им оказва помощ да намерят пътя към по-задълбоченото схващане на действителността. Както споделят самите откриватели, те изследват тези сюжети не тъй като се надяват да открият червеева дупка някъде наоколо, а тъй като това им оказва помощ „ да видят по какъв начин всички части от пъзела се съчетават “.
Следователно червеевата дупка е не толкоз действителен обект за пътешестване, колкото интелектуален инструмент, знак на неограничените и странни благоприятни условия, които нашата галактика позволява. И въпреки че надали в миналото ще влезем в огледалната топка, плаваща измежду звездите, мисълта за нея още през днешния ден уголемява хоризонтите на нашето знание.
