Je zakrivená a prejavom tejto vlastnosti je nám všetkým známa gravitácia. Hmota sa ohýba, „ohýba“ priestor okolo seba a čím viac, tým je hustejšia. Priestor, priestor a čas sú veľmi zaujímavé témy. Po prečítaní tohto článku sa o nich určite dozviete niečo nové.
Myšlienka zakrivenia
Mnohé iné gravitačné teórie, ktorých sú dnes stovky, sa v detailoch líšia od všeobecnej relativity. Všetky tieto astronomické hypotézy si však zachovávajú hlavnú vec - myšlienku zakrivenia. Ak je priestor zakrivený, potom môžeme predpokladať, že by mohol mať napríklad tvar potrubia spájajúceho oblasti, ktoré sú od seba vzdialené veľa svetelných rokov. A možno aj epochy, ktoré sú od seba vzdialené. Koniec koncov, nehovoríme o priestore, ktorý je nám známy, ale o časopriestore, keď uvažujeme o priestore. Diera v nej sa môže objaviť len za určitých podmienok. Pozývame vás, aby ste sa bližšie pozreli na taký zaujímavý fenomén, akým sú červie diery.
Prvé nápady o červích dierach
Vzdialený vesmír a jeho tajomstvá vás lákajú. Úvahy o zakrivení sa objavili hneď po zverejnení všeobecnej teórie relativity. L. Flamm, rakúsky fyzik, už v roku 1916 povedal, že priestorová geometria môže existovať vo forme akejsi diery, ktorá spája dva svety. Matematik N. Rosen a A. Einstein si v roku 1935 všimli, že najjednoduchšie riešenia rovníc v rámci všeobecnej relativity, popisujúce izolované elektricky nabité alebo neutrálne zdroje, ktoré vytvárajú, majú priestorovú štruktúru „most“. To znamená, že spájajú dva vesmíry, dva takmer ploché a identické časopriestory.
Neskôr tieto priestorové štruktúry sa začali nazývať „červími dierami“, čo je dosť voľný preklad z anglického jazyka slová červej diery. Jeho bližší preklad je „červí diera“ (vo vesmíre). Rosen a Einstein dokonca nevylúčili možnosť použiť tieto „mosty“ na opis elementárnych častíc s ich pomocou. V tomto prípade je častica skutočne čisto priestorovým útvarom. Nebude teda potrebné zámerne simulovať zdroj náboja či hmoty. A vzdialený externý pozorovateľ, ak má červia diera mikroskopické rozmery, vidí v jednom z týchto priestorov iba bodový zdroj s nábojom a hmotnosťou.
Einstein-Rosenove "mosty"
Na jednej strane elektrické siločiary vstupujú do otvoru a na druhej strane vychádzajú bez toho, aby niekde končili alebo začínali. J. Wheeler, americký fyzik, pri tejto príležitosti povedal, že sa získa „náboj bez náboja“ a „hmotnosť bez hmotnosti“. V tomto prípade nie je vôbec potrebné predpokladať, že most slúži na prepojenie dvoch rôznych vesmírov. Nemenej vhodné by bolo predpokladať, že pri červej diere obe „ústa“ vychádzajú do toho istého vesmíru, ale v rôzne časy a v jeho rôznych bodoch. Ukáže sa niečo, čo sa podobá dutej „rúčke“, ak ju prišijete na takmer plochý známy svet. Siločiary vstupujú do úst, čo možno chápať ako záporný náboj (napríklad elektrón). Ústa, z ktorých vychádzajú, majú kladný náboj (pozitrón). Čo sa týka masy, tie budú na oboch stranách rovnaké.
Podmienky pre vznik Einstein-Rosenových mostov
Tento obraz sa pri všetkej svojej príťažlivosti nerozšíril vo fyzike elementárnych častíc, na čo bolo veľa dôvodov. Nie je jednoduché pripísať kvantové vlastnosti Einstein-Rosenovým „mostom“, ktoré sú v mikrokozme nenahraditeľné. Takýto "most" sa pri známych hodnotách nábojov a hmotností častíc (protónov alebo elektrónov) vôbec nevytvorí. „Elektrické“ riešenie namiesto toho predpovedá „nahú“ singularitu, to znamená bod, v ktorom sa elektrické pole a zakrivenie priestoru stanú nekonečnými. V takýchto bodoch pojem časopriestor, dokonca aj v prípade zakrivenia, stráca svoj význam, pretože nie je možné vyriešiť rovnice, ktoré majú nekonečnú množinu pojmov.
Kedy všeobecná relativita nefunguje?
Všeobecná relativita sama o sebe definitívne udáva, kedy presne prestane fungovať. Pri krku, v najužšej časti "mostu", dochádza k porušeniu plynulosti spojenia. A treba povedať, že je to celkom netriviálne. Z pozície vzdialeného pozorovateľa sa na tomto krku zastaví čas. To, čo Rosen a Einstein považovali za hrdlo, je teraz definované ako horizont udalostí čiernej diery (nabitej alebo neutrálnej). Lúče alebo častice z rôznych strán „mostu“ dopadajú na rôzne „úseky“ horizontu. A medzi jej ľavou a pravou časťou je relatívne vzaté nestatická oblasť. Na to, aby človek prešiel oblasťou, nemôže ju prekonať.
Neschopnosť prejsť čiernou dierou
Kozmická loď, ktorá sa vzhľadom na ňu blíži k horizontu pomerne veľkej čiernej diery, akoby navždy zamrzla. Signály z nej dosahujú čoraz menej často... Naopak, horizont podľa lodných hodín sa dosahuje v konečnom čase. Keď okolo nej prejde loď (lúč svetla alebo častica), čoskoro sa dostane do singularity. Toto je miesto, kde sa zakrivenie stáva nekonečným. V jedinečnosti (stále na ceste k nej) sa predĺžené telo nevyhnutne roztrhne a rozdrví. Toto je realita zariadenia čiernej diery.
Daľší výskum
V rokoch 1916-17. Získali sa roztoky Reisner-Nordström a Schwarzschild. Opisujú sféricky symetrické elektricky nabité a neutrálne čierne diery. Fyzici však dokázali plne pochopiť zložitú geometriu týchto priestorov až na prelome 50. a 60. rokov 20. storočia. Vtedy DA Wheeler, známy svojou prácou v teórii gravitácie a jadrovej fyzike, vymyslel termíny „červí diera“ a „čierna diera“. Ukázalo sa, že v priestore Reisner-Nordstrom a Schwarzschild sú vo vesmíre červie diery. Pre vzdialeného pozorovateľa sú úplne neviditeľné, ako čierne diery. A ako oni, aj červie diery vo vesmíre sú večné. Ak však cestovateľ prenikne za horizont, zrúti sa tak rýchlo, že cez ne nemôže preletieť ani lúč svetla, ani masívna častica a dokonca ani loď. Ak chcete preletieť do iných úst a obísť singularitu, musíte sa pohnúť rýchlejšie ako svetlo... V súčasnosti sa fyzici domnievajú, že rýchlosti pohybu energie a hmoty supernov sú v zásade nemožné.
Schwarzschild a Reisner-Nordstrom
Schwarzschildova čierna diera môže byť považovaná za nepriechodnú červiu dieru. Čo sa týka čiernej diery Reisner-Nordstrom, je to o niečo komplikovanejšie, ale tiež nepriechodné. Napriek tomu nie je také ťažké vymyslieť a opísať štvorrozmerné červie diery vo vesmíre, ktorými by sa dalo prejsť. Stačí si vybrať požadovaný typ metriky. Metrický tenzor alebo metrika je súbor veličín, pomocou ktorých môžete vypočítať štvorrozmerné intervaly, ktoré existujú medzi bodmi udalostí. Tento súbor veličín plne charakterizuje aj gravitačné pole a geometriu časopriestoru. Geometricky priechodné červie diery vo vesmíre sú ešte jednoduchšie ako čierne diery. Nemajú horizonty, ktoré by postupom času viedli ku kataklizmám. V rôznych bodoch môže čas ísť iným tempom, ale nemal by sa donekonečna zastavovať alebo zrýchľovať.
Dve línie výskumu červích dier
Príroda postavila prekážku vzniku červích dier. Človek je však navrhnutý tak, že ak je prekážka, vždy sa nájdu tí, ktorí ju chcú prekonať. A vedci nie sú výnimkou. Diela teoretikov, ktorí študujú červie diery, možno podmienečne rozdeliť do dvoch smerov, ktoré sa navzájom dopĺňajú. Prvý sa zaoberá ich následkami, pričom vopred predpokladá, že červie diery skutočne existujú. Zástupcovia druhého smeru sa snažia pochopiť, z čoho a ako sa môžu objaviť, aké podmienky sú potrebné na ich vznik. V tomto smere je viac diel ako prvé a možno sú aj zaujímavejšie. Do tejto oblasti patrí hľadanie modelov červích dier, ako aj štúdium ich vlastností.
Úspechy ruských fyzikov
Ako sa ukázalo, vlastnosti hmoty, ktorá je materiálom na stavbu červích dier, je možné realizovať vďaka polarizácii vákua kvantových polí. K tomuto záveru nedávno dospeli ruskí fyzici Sergej Suškov a Arkadij Popov spolu so španielskym výskumníkom Davidom Hochbergom a Sergejom Krasnikovom. Vákuum v tomto prípade nie je prázdnotou. Toto je kvantový stav s najnižšou energiou, teda pole, v ktorom nie sú žiadne skutočné častice. V tomto poli sa neustále objavujú dvojice „virtuálnych“ častíc, ktoré miznú skôr, ako ich zachytia zariadenia, no zanechávajú svoju stopu v podobe tenzora energie, teda impulzu, ktorý sa vyznačuje nezvyčajnými vlastnosťami. Napriek tomu, že kvantové vlastnosti hmoty sa prejavujú najmä v mikrokozme, nimi generované červie diery môžu za určitých podmienok dosiahnuť značné veľkosti. Jeden z Krasnikovových článkov sa mimochodom volá „Hrozba červích dier“.
Otázka filozofie
Ak by niekedy boli postavené alebo objavené červie diery, oblasť filozofie súvisiaca s interpretáciou vedy bude čeliť novým výzvam a musím povedať, že veľmi ťažkým. Napriek všetkej zdanlivej absurdnosti časových slučiek a zložitých problémov súvisiacich s kauzalitou to táto oblasť vedy pravdepodobne jedného dňa vyrieši. Tak ako oni vo svojej dobe prišli na problémy kvantovej mechaniky a vytvoreného priestoru, priestoru a času – všetky tieto otázky ľudí všetkých vekov zaujímali a očividne vždy budú zaujímať aj nás. Sotva ich bude možné plne spoznať. Je nepravdepodobné, že by sa prieskum vesmíru niekedy dokončil.
Hoci Einstein veril, že čierne diery sú príliš neuveriteľné a v prírode nemôžu existovať, neskôr, taká je irónia osudu, ukázal, že sú ešte bizarnejšie, než si ktokoľvek dokázal predstaviť. Einstein vysvetlil možnosť existencie časopriestorových „portálov“ v hlbinách čiernych dier. Fyzici nazývajú tieto portály červími dierami, pretože ako červ, ktorý sa vŕta do zeme, vytvárajú kratšiu alternatívnu cestu medzi dvoma bodmi. Tieto portály sa tiež niekedy nazývajú portály alebo „brány“ do iných dimenzií. Nech ich nazvete akokoľvek, raz sa môžu stať prostriedkom na cestovanie medzi rôznymi dimenziami, ale toto je extrémny prípad.
Prvým, kto spopularizoval myšlienku portálov, bol Charles Dodgson, ktorý písal pod pseudonymom Lewis Carroll. Vo filme Alice Through the Looking Glass si predstavil portál v podobe zrkadla, ktoré spájalo predmestia Oxfordu a Krajiny zázrakov. Keďže Dodgson bol matematik a učil na Oxforde, vedel o týchto mnohonásobne prepojených priestoroch. Podľa definície je viacnásobne spojený priestor taký, že laso v ňom nemôže byť kontrahované na veľkosť bodu. Zvyčajne sa dá ľubovoľná slučka ľahko vytiahnuť do bodu. Ale ak vezmeme do úvahy napríklad donut, okolo ktorého je namotané laso, uvidíme, že laso tento donut utiahne. Keď začneme slučku pomaly uťahovať, uvidíme, že sa nedá stlačiť do veľkosti bodu; v najlepšom prípade sa dá stiahnuť na obvod stlačenej šišky, teda na obvod "dierky".
Matematici sa tešili z toho, že sa im podarilo nájsť objekt, ktorý bol na opis priestoru úplne zbytočný. Ale v roku 1935 Einstein a jeho študent Nathan Rosen predstavili teóriu portálov do fyzického sveta. Pokúsili sa použiť riešenie problému čiernej diery ako model pre elementárne častice. Sám Einstein nikdy nemal rád Newtonovu teóriu, že gravitácia častice má tendenciu k nekonečnu, keď sa k nej približuje. Einstein veril, že táto singularita by mala byť vykorenená, pretože nedáva zmysel.
Einstein a Rosen mali originálny nápad predstavte si elektrón (ktorý sa zvyčajne považoval za malú bodku bez štruktúry) ako čiernu dieru. Všeobecná relativita by sa teda dala použiť na vysvetlenie záhad kvantového sveta v teórii zjednoteného poľa. Začali s riešením štandardnej čiernej diery, ktorá pripomína veľkú vázu s dlhým hrdlom. Potom odrezali „krk“ a pripojili ho k ďalšiemu konkrétnemu riešeniu rovníc pre čiernu dieru, teda vázu, ktorá bola otočená hore dnom. Podľa Einsteina by táto bizarná, ale vyvážená konfigurácia bola bez singularity v pôvode čiernej diery a mohla by pôsobiť ako elektrón.
Bohužiaľ, Einsteinova myšlienka reprezentovať elektrón ako čiernu dieru zlyhala. Dnes však kozmológovia naznačujú, že most Einstein-Rosen môže slúžiť ako „brána“ medzi týmito dvoma vesmírmi. Môžeme sa voľne pohybovať po vesmíre, až kým náhodou nespadneme do čiernej diery, kde nás okamžite vtiahne portál a my sa objavíme na druhej strane (prechádzame „bielou“ dierou).
Pre Einsteina sa každé riešenie jeho rovníc, ak začalo z fyzikálne pravdepodobného referenčného bodu, muselo vzťahovať k fyzikálne pravdepodobnému objektu. Nebál sa však toho, kto spadne do čiernej diery a skončí v paralelnom vesmíre. Slapové sily by sa v strede nekonečne zvýšili a gravitačné pole by okamžite roztrhalo atómy akéhokoľvek objektu, ktorý mal tú smolu, že spadol do čiernej diery. (Einsteinov-Rosenov most sa otvára v zlomku sekundy, ale zatvára sa tak rýchlo, že ho žiadny predmet nedokáže prejsť tak rýchlo, aby sa dostal na druhú stranu.) Podľa Einsteina, hoci existencia portálov je možná, živá bytosť môže nikdy neprechádzajte žiadnym z nich a rozprávajte sa o svojich zážitkoch počas tejto cesty.
Most Einstein-Rosen. V strede čiernej diery sa nachádza „krk“, ktorý sa spája s časopriestorom iného vesmíru alebo iného bodu v našom vesmíre. Zatiaľ čo cestovanie cez stacionárnu čiernu dieru by bolo smrteľné, rotujúce čierne diery majú prstencovú singularitu, ktorá by umožnila prechod cez prstenec a Einstein-Rosenov most, aj keď je to stále v štádiu špekulácií.
Relativistický popis čiernych dier sa objavuje v diele Karla Schwarzschilda. V roku 1916, len pár mesiacov po tom, čo Einstein napísal svoje slávne rovnice, Schwarzschild bol schopný nájsť pre ne presné riešenie a vypočítať gravitačné pole masívnej nehybnej hmoty: hviezdy.
Schwarzschildovo riešenie ich malo niekoľko zaujímavé funkcie... Po prvé, okolo čiernej diery je „bod, odkiaľ niet návratu“. Každý objekt, ktorý sa priblíži na vzdialenosť menšiu ako je tento polomer, bude nevyhnutne vtiahnutý do čiernej diery, nebude môcť uniknúť. Osoba, ktorá nemá to šťastie byť v okruhu Schwarzschild, bude zajatá čiernou dierou a rozdrvená na smrť. V súčasnosti sa táto vzdialenosť od čiernej diery nazýva Schwarzschildov polomer, alebo Horizont udalostí(najvzdialenejší viditeľný bod).
Po druhé, každý, kto sa nachádza v okruhu Schwarzschild, nájde „zrkadlový vesmír“ na „druhej strane“ časopriestoru (obr. 10.2). Einstein sa o existenciu tohto bizarného zrkadlového vesmíru neobával, pretože komunikácia s ním bola nemožná. Akákoľvek vesmírna sonda vyslaná do stredu čiernej diery sa zrazí s nekonečným zakrivením; inými slovami, gravitačné pole bude nekonečné a akýkoľvek hmotný objekt bude zničený. Elektróny budú odtrhnuté od atómov a dokonca aj protóny a neutróny v jadre budú odfúknuté rôznymi smermi. Navyše, aby sonda prenikla do iného vesmíru, potrebovala by letieť rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla, čo je nemožné. Aj keď je zrkadlový vesmír matematicky nevyhnutný na pochopenie Schwarzschildovho riešenia, nikdy nebude fyzicky pozorovaný.
Ryža. 10.2. Einstein-Rosenov most spája dva rôzne vesmíry. Einstein veril, že každá raketa, ktorá sa ocitne na tomto moste, bude zničená, čo znamená, že komunikácia medzi týmito dvoma vesmírmi je nemožná. No neskoršie výpočty ukázali, že cestovanie na plošine, aj keď je mimoriadne náročné, je stále možné.
V dôsledku toho je známy most Einstein-Rosen spájajúci dva vesmíry (most je pomenovaný po Einsteinovi a jeho spoluautorovi Nathanovi Rosenovi) považovaný za matematický výstrelok. Tento most je nevyhnutný na získanie matematicky konzistentnej teórie čiernych dier, ale nie je možné dostať sa do zrkadlového vesmíru cez Einstein-Rosenov most. Einstein-Rosenove mosty boli čoskoro objavené v iných riešeniach gravitačných rovníc, ako je Reisner-Nordströmovo riešenie pre čiernu dieru s nabíjačka... Napriek tomu zostal Einstein-Rosenov most kurióznou, no zabudnutou aplikáciou v teórii relativity.
Situácia sa začala meniť s objavením sa práce novozélandského matematika Roya Kerra, ktorý v roku 1963 našiel iné presné riešenie Einsteinových rovníc. Kerr veril, že každá kolabujúca hviezda sa otáča. Ako rotujúci korčuliar, ktorého rýchlosť sa zvyšuje, keď k nemu priťahuje ruky, hviezda sa nevyhnutne bude točiť rýchlejšie, keď imploduje. Stacionárne Schwarzschildove riešenie pre čierne diery teda nebolo fyzikálne najrelevantnejším riešením Einsteinových rovníc.
Kerrovo riešenie sa stalo senzáciou v otázkach relativity. Astrofyzik Subramanian Chandrasekhar raz povedal:
Najúžasnejšou udalosťou v celom mojom vedeckom živote, teda viac ako štyridsaťpäť rokov, bolo zistenie, že presné riešenie rovníc Einsteinovej všeobecnej teórie relativity, ktoré objavil novozélandský matematik Roy Kerr, dáva absolútne presné reprezentácia nespočetných masívnych čiernych dier vypĺňajúcich vesmír... Táto „úcta k kráse“, táto neuveriteľná skutočnosť, ku ktorej objav, ku ktorému viedlo hľadanie krásy v matematike, našiel svoju presnú kópiu v prírode, ma presvedčil, že krása je to, na čo ľudská myseľ reaguje na najhlbšej, zmysluplnej úrovni.
Kerr však zistil, že masívna rotujúca hviezda sa nezrúti do bodu. Namiesto toho sa rotujúca hviezda splošťuje, až sa nakoniec stane prstencom s pozoruhodnými vlastnosťami. Ak spustíte sondu do čiernej diery zboku, zasiahne tento prstenec a úplne sa zničí. Ak sa k prstencu priblížite zboku, zakrivenie časopriestoru zostáva nekonečné. Ak to tak môžem povedať, centrum je stále obklopené „prsteňom smrti“. Ale ak je vesmírna sonda vypustená do prstenca zhora alebo zdola, bude sa musieť vyrovnať s veľkým, ale konečným zakrivením; inými slovami, gravitačná sila nebude nekonečná.
Tento veľmi neočakávaný záver Kerrovho riešenia znamená, že akákoľvek vesmírna sonda vypustená do rotujúcej čiernej diery pozdĺž jej osi rotácie môže v zásade prežiť obrovský, ale konečný efekt gravitačných polí v strede a dostať sa až do zrkadlového vesmíru. , vyhýbanie sa smrti pod vplyvom nekonečného zakrivenia. Einstein-Rosenov most funguje ako tunel spájajúci dve oblasti časopriestoru; toto je "červí diera" alebo "červí diera". Čierna diera Kerr je teda bránou do iného vesmíru.
Teraz si predstavme, že sa naša raketa ocitla na moste Einstein-Rosen. Keď sa približuje k rotujúcej čiernej diere, vidí rotujúcu hviezdu v tvare prstenca. Najprv sa zdá, že raketu klesajúcu k čiernej diere zo severného pólu čaká katastrofálna kolízia. Ale keď sa blížime k prstencu, svetlo zo zrkadlového vesmíru dosiahne naše senzory. Keďže všetko elektromagnetické žiarenie, vrátane žiarenia z radarov, obieha okolo čiernej diery, na obrazovkách našich radarov sa objavujú signály, ktoré opakovane prechádzajú okolo čiernej diery. Vzniká efekt pripomínajúci zrkadlovú „miestnosť smiechu“, kde nás zavádzajú početné odrazy zo všetkých strán. Svetlo sa odráža od mnohých zrkadiel a vytvára ilúziu, že miestnosť je plná našich replík.
Hoci Einstein veril, že čierne diery sú príliš neuveriteľné a v prírode nemôžu existovať, neskôr, taká je irónia osudu, ukázal, že sú ešte bizarnejšie, než si ktokoľvek dokázal predstaviť. Einstein vysvetlil možnosť existencie časopriestorových „portálov“ v hlbinách čiernych dier. Fyzici nazývajú tieto portály červími dierami, pretože napr
vytvárajú kratšiu alternatívnu cestu medzi dvoma bodmi pre červa zavŕtajúceho sa do zeme. Tieto portály sa tiež niekedy nazývajú portály alebo „brány“ do iných dimenzií. Nech ich nazvete akokoľvek, raz sa môžu stať prostriedkom na cestovanie medzi rôznymi dimenziami, ale toto je extrémny prípad.
Prvým, kto spopularizoval myšlienku portálov, bol Charles Dodgson, ktorý písal pod pseudonymom Lewis Carroll. Vo filme Alice Through the Looking Glass si predstavil portál v podobe zrkadla, ktoré spájalo predmestia Oxfordu a Krajiny zázrakov. Keďže Dodgson bol matematik a učil na Oxforde, vedel o týchto mnohonásobne prepojených priestoroch. Podľa definície je viacnásobne spojený priestor taký, že laso v ňom nemôže byť kontrahované na veľkosť bodu.
Zvyčajne sa dá ľubovoľná slučka ľahko vytiahnuť do bodu. Ale ak vezmeme do úvahy napríklad donut, okolo ktorého je namotané laso, uvidíme, že laso tento donut utiahne. Keď začneme slučku pomaly uťahovať, uvidíme, že sa nedá stlačiť
veľkosti bodov; v najlepšom prípade sa dá stiahnuť na obvod stlačenej šišky, teda na obvod "dierky".
Matematici sa tešili z toho, že sa im podarilo objaviť
žiť objekt, ktorý bol pri opise priestoru úplne zbytočný. Ale v roku 1935 Einstein a jeho študent Nathan Rosen
predstavil teóriu portálov do fyzického sveta. Snažili sa
mali použiť riešenie problému čiernej diery ako model pre elementárne častice. Sám Einstein nikdy nemal rád Newtonovu teóriu, že gravitácia častice má tendenciu k nekonečnu, keď sa k nej približuje. Einstein veril, že táto singularita by mala byť vykorenená, pretože nedáva zmysel. Einstein a Rosen mali geniálny nápad predstaviť elektrón (zvyčajne považovaný za malú bodku bez štruktúry) ako čiernu dieru. Všeobecná relativita by sa teda dala použiť na vysvetlenie záhad kvantového sveta v teórii zjednoteného poľa. Začali s riešením štandardnej čiernej diery, ktorá pripomína veľkú vázu s dlhým hrdlom. Potom odrezali „krk“ a pripojili ho k ďalšiemu konkrétnemu riešeniu rovníc pre čiernu dieru, teda vázu, ktorá bola otočená hore dnom. Podľa Einsteina by táto bizarná, ale vyvážená konfigurácia bola bez singularity v pôvode čiernej diery.
a môže pôsobiť ako elektrón. Bohužiaľ, Einsteinova myšlienka reprezentovať elektrón je
čierna diera zlyhala. Dnes však kozmológovia naznačujú, že most Einstein-Rosen môže slúžiť ako „brána“ medzi týmito dvoma vesmírmi. Môžeme sa voľne pohybovať po vesmíre, až kým náhodou nespadneme do čiernej diery, kde sa okamžite nachádzame
sa pretlačí cez portál a my sa objavíme na druhej strane (prechádzame cez „bielu“ dieru).
Pre Einsteina akékoľvek riešenie jeho rovníc, ak začína
z fyzicky pravdepodobného referenčného bodu musel korelovať s fyzicky pravdepodobným objektom. Nebál sa však toho, kto spadne do čiernej diery a skončí v paralelnom vesmíre. Slapové sily by sa v strede nekonečne zvýšili a gravitačné pole by okamžite roztrhalo atómy akéhokoľvek objektu, ktorý mal tú smolu, že spadol do čiernej diery. (Einstein-Rosenov most sa otvára v zlomku sekundy, ale zatvára sa tak rýchlo, že to nedokáže žiadny predmet
prejsť ho takou rýchlosťou, aby sa dostal na druhú stranu.) Podľa Einsteina je síce existencia portálov možná, živá bytosť však nikdy nemôže prejsť cez žiadny z nich a rozprávať o svojich zážitkoch počas tejto cesty.
Most Einstein-Rosen. V strede čiernej diery sa nachádza „krk“, ktorý sa spája s časopriestorom iného vesmíru alebo iného bodu v našom vesmíre. Zatiaľ čo cestovanie cez stacionárnu čiernu dieru by bolo smrteľné, rotujúce čierne diery majú prstencovú singularitu, ktorá by umožnila prechod cez prstenec a Einstein-Rosenov most, aj keď je to stále v štádiu špekulácií.
Definícia 1
Einsteinov-Rosenov most je jednou z modifikácií vákuového riešenia Einsteinových rovníc všeobecnej relativity.
V roku 1935 A. Einstein a N. Rosen publikovali článok „Problémy s časticami vo všeobecnej teórii relativity“. V tomto článku sa vedci pokúsili prezentovať matematický modelčastice ako most. Podstatou navrhovanej hypotézy bolo, že častica bola reprezentovaná vo forme „diery“ a nie, nám známeho, bodu.
V modeli navrhnutom Einsteinom a Rosenom sa vedci pokúsili:
- ponúknuť zásadne nový pohľad na povahu elementárnych častíc, ktoré tvoria hmotu;
- krásne je z pohľadu matematiky spojiť teóriu gravitácie a elektromagnetizmu (navrhované riešenie je vhodné pre rovnice všeobecnej teórie relativity (gravitačné rovnice) a pre Maxwellove rovnice (elektromagnetické rovnice));
Geometrická podstata Einsteinovho-Rosenovho mosta je v tom, že je tu krátka trubica – prepojka, ktorá spája dva paralelné priestorové „listy“.
Modifikovaný Schwarzschildov roztok
Keď uvažujeme o Schwarzschildovom riešení mimo horizontu (pre $ \ rho2M $), je možné nahradiť jednu "radiálnu" súradnicu ($ \ rho $) inou - $ u (\ rho) $. V tomto prípade bude obmedzujúca rovnica napísaná v tvare:
$ \ frac (1) (2) u ^ 2 = \ rho-2M> 0 (1). $
Transformácia radiálnej súradnice sa vykonáva tak, že keď $ \ rho $ rastie z $ 2M $ do nekonečna, súradnica $ u $ buď rastie od nuly do nekonečna, alebo klesá z 0 na mínus nekonečno.
V tomto prípade má metrika v nových súradniciach tvar:
$ ds ^ 2 = \ frac (u ^ 2) (u ^ 2 + 4 mil.) dt ^ 2- (u ^ 2 + 4 mil.) du ^ 2- \ frac (1) (4) (u ^ 2 + 4 mil.) ^ 2 (d \ theta ^ 2 + sin ^ 2 \ theta d \ phi ^ 2) (2). $
Keďže metrika (2) bola získaná transformáciou súradníc zo Schwarzschildovho riešenia, bude spĺňať aj rovnice všeobecnej relativity, aspoň pre $ u $> $ 0 $ a $ u $
Metrika (1) je definovaná na celej reálnej osi.
Dve možnosti riešenia Schwarzschildovej rovnice pre $ u $> $ 0 $ a $ u $
Základné metriky (2) sú hladké funkcie, preto sú Einsteinove rovnice splnené pre všetky $ u $.
Pre $ u = 0 $ je metrika (2) degenerovaná, preto bude potrebné predefinovať Einsteinove rovnice.
Einsteinova - Rosenova metrika je pri transformáciách $ u \ na -u $ invariantná.
Autori metriky (2), Einstein a Rosen, sa domnievali, že fyzikálnou interpretáciou metriky (2) je bodová častica s hmotnosťou $ M $, ktorá je v pokoji v strede sférického súradnicového systému $ u = 0 $, pričom časopriestor okolo tejto častice je opísaný dvoma listami $ u $ $ 0 $ s metrikou (2). Treba mať na pamäti, že tieto listy opisujú jeden vesmír.
Moderná interpretácia fyzikálneho významu mosta Einstein-Rosen
Uvažujme pohyb testovacích častíc v rovníkovej rovine ($ \ theta = \ frac (1) (2) \ pi $) hyperplochy $ u = 0 $. Naše častice sa pohybujú v priestore s tromi rozmermi s metrikou:
$ ds ^ 2 = (1- \ frac (2 M) (\ rho)) dt ^ 2- \ frac (d \ rho ^ 2) (1- \ frac (2 M) (\ rho)) - \ rho ^ 2d \ phi ^ 2 (3) $
v Schwarzschildových súradniciach.
Pre tieto testované častice je priestorom sekcia $ t = const $. Dostaneme dvojrozmernú varietu (povrch) s metrikou:
$ dl ^ 2 = \ frac (d \ rho ^ 2) (1- \ frac (2M) (\ rho)) + \ rho ^ 2d \ phi ^ 2 (4), $
kde $ \ rho $ a $ \ phi $ sú polárne súradnice euklidovskej roviny.
Aby reprezentoval povrch definovaný metrikou (4), je vložený do euklidovského priestoru s tromi rozmermi, v ktorom $ \ rho $, $ \ phi $ a $ z $ sú valcové súradnice. Ak je rotačný pohyb špecifikovaný pomocou funkcie $ z (\ rho) $, potom má indukovaná metrika na vloženom povrchu tvar:
$ dl ^ 2 = (1 + (\ frac (dz) (d \ rho)) ^ 2) d \ rho ^ 2 + \ rho ^ 2d \ phi ^ 2 (5). $
Na implementáciu zhody metrík (5) a (4) je potrebné, aby platila rovnosť:
$ (\ frac (dz) (d \ rho)) ^ 2 = \ frac (1) (\ frac (\ rho) (2M) -1) (6). $
Rovnica (6) môže platiť len pre externé Schwarzschildovo riešenie ($ \ rho $> $ 2M $). Celkové riešenie možno napísať takto:
$ z = \ int (\ frac (d \ rho) (\ sqrt (\ frac (\ rho) (2 M) -1))) = 4 M \ sqrt (\ frac (\ rho) (2 M) -1) + konst (7) $.
Integračnú konštantu možno rovnať nule, pretože je zodpovedná za posun súradnice $ z $.
Vidíme, že povrch s metrikou (4) môže byť reprezentovaný v trojrozmernom euklidovskom priestore danom rovnicou:
$ \ frac (\ rho) (2M) = 1 + (\ frac (z) (4M)) ^ 2 (8). $
Rovnica (8) nám hovorí, že máme rotačný paraboloid (Flammov paraboloid).
V tomto vnorení sú horné ($ z $> $ 0 $) a spodné ($ z $
Tieto časti sú šité hladko pozdĺž krku $ z = 0 $. Krk zodpovedá horizontu $ \ rho_s = 2M $.
Flammov paraboloid je globálne izometrický k prierezom pozdĺž rovníka mosta Einstein-Rosen.
Pri použití súradníc $ u $ a $ \ phi $ budú vloženia dané rovnicami:
$ z ^ 2 = 4Mu ^ 2 $ alebo $ z = \ pm \ sqrt (4M) u (9). $
Rovnice (9) znamenajú, že paraboloid sa stáva dvojicou kužeľov a hrdlo mostíka je vtiahnuté do bodu.
Podľa fyzickej interpretácie mosta Einstein-Rosen majú vyššie vykonané konštrukcie nasledovné:
- Získajú sa dva vesmíry zodpovedajúce $ z $> $ 0 $ a $ z $
- Oba vesmíry sú asymptoticky ploché, ak sú vzdialenosti veľké ($ \ rho \ až \ infty $).
- V „strede“ majú vesmíry lepenie ($ \ rho = 2M $ $ u = 0 $).
Vyššie opísaná štruktúra sa nazýva červia diera, pretože cez ňu existuje hypotetická príležitosť vstúpiť do iného vesmíru. Všimnite si, že most Einstein-Rosen je nepriechodná červia diera.
V súčasnosti sa verí, že existencia červích dier nebola dokázaná, pretože neboli nájdené.
Viacerí vedci poznamenávajú, že hľadanie „červích dier“ je jednou z najzaujímavejších úloh v astronómii.
Predpokladá sa, že červie diery sa môžu nachádzať v centrách galaxií.