Nors Einšteinas manė, kad juodosios skylės yra pernelyg neįtikėtinos ir negali egzistuoti gamtoje, vėliau, ironiškai, jis parodė, kad jos yra dar keistesnės, nei kas nors galėjo įsivaizduoti. Einšteinas paaiškino erdvės ir laiko „portalų“ egzistavimo galimybę juodųjų skylių gelmėse. Fizikai šiuos portalus vadina kirmgraužomis, nes kaip į žemę įkandęs kirminas sukuria trumpesnį alternatyvų kelią tarp dviejų taškų. Šie portalai taip pat kartais vadinami portalais arba „vartais“ į kitus matmenis. Kad ir kaip juos pavadintumėte, kada nors jie gali tapti keliavimo tarp skirtingų dimensijų priemone, tačiau tai yra kraštutinis atvejis.

Pirmasis portalų idėją išpopuliarino Charlesas Dodgsonas, kuris rašė slapyvardžiu Lewisas Carrollas. Knygoje „Alisa pro stiklą“ jis įsivaizdavo veidrodžio pavidalo portalą, jungiantį Oksfordo ir Stebuklų šalies priemiesčius. Kadangi Dodgsonas buvo matematikas ir dėstė Oksforde, jis žinojo apie šias daugybei sujungtas erdves. Pagal apibrėžimą daug kartų sujungta erdvė yra tokia, kad joje esantis lasas negali būti sutrauktas iki taško dydžio. Paprastai bet kurią kilpą galima nutempti iki taško be jokių sunkumų. Bet jei panagrinėsime, pavyzdžiui, spurgą, aplink kurią suvyniotas lasas, pamatysime, kad laso šią spurgą sugriežtins. Kai pradėsime lėtai veržti kilpą, pamatysime, kad ji negali būti suspausta iki taško dydžio; geriausiu atveju jį galima nutempti iki suspaustos spurgos apskritimo, tai yra iki „skylės“ perimetro.

Matematikai džiaugėsi, kad jiems pavyko rasti objektą, kuris buvo visiškai nenaudingas apibūdinti erdvę. Tačiau 1935 m. Einšteinas ir jo mokinys Nathanas Rosenas pristatė portalų teoriją fiziniam pasauliui. Jie bandė panaudoti juodosios skylės problemos sprendimą kaip pavyzdį elementariosios dalelės. Pats Einšteinas niekada nemėgo Niutono teorijos, kad dalelės gravitacija linkusi į begalybę, kai ji artėja prie jos. Einšteinas manė, kad šį išskirtinumą reikia išnaikinti, nes jis neturi prasmės.

Einšteinas ir Rosenas turėjo pirminę idėją pavaizduoti elektroną (paprastai laikomas mažu taškeliu be struktūros) kaip juodąją skylę. Taigi paslaptims paaiškinti būtų galima pasitelkti bendrąjį reliatyvumą kvantinis pasaulis vieningo lauko teorijoje. Jie pradėjo nuo standartinės juodosios skylės sprendimo, kuris atrodo kaip didelė vaza ilgu kaklu. Tada jie nukirto „kaklą“ ir sujungė jį su kitu konkrečiu juodosios skylės lygčių sprendimu, tai yra, su vaza, kuri buvo apversta aukštyn kojomis. Anot Einšteino, ši keista, bet subalansuota konfigūracija būtų laisva nuo juodosios skylės kilmės išskirtinumo ir galėtų veikti kaip elektronas.

Deja, Einšteino idėja pavaizduoti elektroną kaip juodąją skylę žlugo. Tačiau šiandien kosmologai teigia, kad Einšteino-Rozeno tiltas galėtų būti „vartai“ tarp dviejų visatų. Galime laisvai judėti po visatą, kol netyčia įkrentame į juodąją skylę, kur mus tuoj pat traukia per portalą ir atsirandame kitoje pusėje (praėję pro „baltąją“ skylę).

Einšteino nuomone, bet koks jo lygčių sprendimas, jei jis prasidėjo nuo fiziškai tikėtino pradžios taško, turėjo būti susijęs su fiziškai tikėtinu objektu. Tačiau jis nesijaudino, kas pateks į juodąją skylę ir atsidurs paralelinėje visatoje. Potvynių jėgos neribotą laiką didėtų centre, o gravitacinis laukas iš karto suplėšytų bet kurio objekto, kuriam būtų nelaimė patekti į juodąją skylę, atomus. (Einšteino-Rozeno tiltas atsidaro per sekundės dalį, tačiau užsidaro taip greitai, kad joks objektas negali pakankamai greitai praeiti pro jį, kad pasiektų kitą pusę.) Einšteinas tikėjo, kad nors portalų egzistavimas yra įmanomas, gyva būtybė niekada negali praeiti nė vieno iš jų ir papasakoti apie savo patirtį šios kelionės metu.

Einšteino-Rozeno tiltas. Juodosios skylės centre yra „kaklas“, kuris jungiasi su kitos visatos erdvėlaikiu ar kitu mūsų visatos tašku. Nors keliaujant per stacionarią juodąją skylę būtų mirtina, besisukančios juodosios skylės turi žiedinį singuliarumą, kuris leistų pereiti per žiedą ir Einšteino-Roseno tiltą, nors apie tai vis dar spėliojama.

Jis yra išlenktas, o gravitacija, pažįstama mums visiems, yra šios savybės apraiška. Materija lenkia, „lenkia“ erdvę aplink save ir kuo daugiau, tuo ji tankesnė. Kosmosas, erdvė ir laikas yra labai svarbūs įdomios temos. Perskaitę šį straipsnį, tikrai sužinosite apie juos ką nors naujo.

Kreivumo idėja

Daugelis kitų gravitacijos teorijų, kurių šiandien yra šimtai, detalėmis skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos. Tačiau visos šios astronominės hipotezės išlaiko pagrindinį dalyką - kreivumo idėją. Jei erdvė yra išlenkta, galime manyti, kad ji gali būti, pavyzdžiui, vamzdžio, jungiančio sritis, kurias skiria daug šviesmečių, formos. Ir galbūt net vienas nuo kito nutolusios eros. Juk kalbame ne apie mums pažįstamą erdvę, o apie erdvėlaikį, kai svarstome kosmosą. Skylė joje gali atsirasti tik tam tikromis sąlygomis. Kviečiame iš arčiau pažvelgti į tokį įdomų reiškinį kaip kirmgraužos.

Pirmosios idėjos apie kirmgraužas

Gili erdvė ir jos paslaptys vilioja. Mintys apie kreivumą atsirado iškart po GR paskelbimo. Austrų fizikas L. Flammas jau 1916 metais pasakė, kad erdvinė geometrija gali egzistuoti savotiškos skylės, jungiančios du pasaulius, pavidalu. Matematikas N. Rosenas ir A. Einšteinas 1935 m. pastebėjo, kad paprasčiausi lygčių sprendiniai bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose, apibūdinantys izoliuotus elektriniu krūviu įkrautus arba neutralius šaltinius, kurie sukuria, turi „tilto“ erdvinę struktūrą. Tai yra, jie jungia dvi visatas, dvi beveik plokščias ir identiškas erdvėlaikes.

Vėliau šios erdvinės struktūros tapo žinomos kaip „kirmgraužės“, kurios yra gana laisvas vertimas iš anglų kalbosžodis kirmgrauža. Artimesnis jo vertimas yra „kirmgrauža“ (erdvėje). Rosenas ir Einšteinas net neatmetė galimybės panaudoti šiuos „tiltus“ elementarioms dalelėms apibūdinti padedant. Iš tiesų, šiuo atveju dalelė yra grynai erdvinis darinys. Todėl nereikia specialiai modeliuoti krūvio šaltinio ar masės. Ir tolimas išorinis stebėtojas, jei kirmgrauža turi mikroskopinius matmenis, būdamas vienoje iš šių erdvių mato tik taškinį šaltinį su krūviu ir mase.

Tiltai Einšteinas-Rosenas

Viena vertus, elektrinės jėgos linijos patenka į skylę, o iš kitos - išeina, niekur nesibaigdamos ir neprasidėdamos. Amerikiečių fizikas J. Wheeleris ta proga sakė, kad gaunamas „krūvis be krūvio“ ir „masė be masės“. Šiuo atveju visai nebūtina manyti, kad tiltas yra skirtas sujungti dvi skirtingas visatas. Ne mažiau tinkama būtų prielaida, kad iš kirmgraužos abi „burnos“ išeina į tą pačią visatą, tačiau skirtingi laikai ir skirtinguose taškuose. Pasirodo kažkas panašaus į tuščiavidurę „rankeną“, jei ji prisiūta prie beveik plokščio pažįstamo pasaulio. Jėgos linijos patenka į burną, kurią galima suprasti kaip neigiamą krūvį (tarkime, elektroną). Burna, iš kurios jie išeina, turi teigiamą krūvį (pozitroną). Kalbant apie mases, jie bus vienodi iš abiejų pusių.

Einšteino-Roseno „tiltų“ susidarymo sąlygos

Šis paveikslas, nepaisant viso savo patrauklumo, nebuvo plačiai paplitęs elementariųjų dalelių fizikoje, dėl ko buvo daug priežasčių. Nelengva priskirti Einšteino-Roseno „tiltus“ kvantines savybes, kurios yra būtinos mikropasaulyje. Toks „tiltas“ visai nesusidaro kada žinomos vertės dalelių (protonų arba elektronų) krūviai ir masės. „Elektrinis“ sprendimas numato „pliką“ singuliarumą, ty tašką, kuriame elektrinis laukas ir erdvės kreivumas tampa begaliniai. Tokiuose taškuose erdvėlaikio sąvoka, net ir kreivumo atveju, praranda prasmę, nes neįmanoma išspręsti lygčių, turinčių begalinį skaičių terminų.

Kada OTO neveikia?

Pats GR tikrai tiksliai nurodo, kada nustoja veikti. Ant kaklo, siauriausioje "tilto" vietoje, yra jungties lygumo pažeidimas. Ir reikia pasakyti, kad tai gana nereikšminga. Iš tolimo stebėtojo padėties laikas sustoja ties šiuo kaklu. Tai, ką Rosenas ir Einšteinas manė, buvo gerklė, dabar apibrėžiama kaip juodosios skylės įvykių horizontas (nesvarbu, įkrautos ar neutralios). Spinduliai ar dalelės iš skirtingų „tilto“ pusių patenka į skirtingas horizonto „atkarpas“. O tarp kairiosios ir dešiniosios jo dalių, santykinai kalbant, yra nestatinė sritis. Norint pravažiuoti teritoriją, jos neįveikti neįmanoma.

Nesugebėjimas praeiti pro juodąją skylę

Atrodo, kad erdvėlaivis, artėjantis prie gana didelės juodosios skylės horizonto, sustingsta amžiams. Vis rečiau signalai iš jo pasiekia... Priešingai, horizontas pagal laivo laikrodį pasiekiamas per ribotą laiką. Kai laivas (šviesos spindulys ar dalelė) praplaukia pro jį, jis greitai susidurs su singuliarumu. Čia kreivumas tampa begalinis. Singuliarume (vis dar pakeliui į jį) išplėstas kūnas neišvengiamai bus suplėšytas ir sutraiškytas. Tokia yra juodosios skylės realybė.

Tolesnis tyrimas

1916-17 m. Buvo gauti Reisner-Nordström ir Schwarzschild sprendimai. Jie apibūdina simetriškas elektriškai įkrautas ir neutralias juodąsias skyles sferiškai. Tačiau fizikai sugebėjo visiškai suprasti sudėtingą šių erdvių geometriją tik šeštojo ir šeštojo dešimtmečių sandūroje. Būtent tada D. A. Wheeleris, žinomas dėl savo darbų gravitacijos teorijos ir branduolinės fizikos srityse, pasiūlė terminus „kirmgrauža“ ir „juodoji skylė“. Paaiškėjo, kad Reisner-Nordström ir Schwarzschild erdvėse tikrai yra kirmgraužų. Tolimam stebėtojui jie visiškai nematomi, kaip juodosios skylės. Ir, kaip ir jie, kirmgraužos erdvėje yra amžinos. Bet jei keliautojas prasiskverbia už horizonto, jie taip greitai subyra, kad per juos negali praskristi nei šviesos spindulys, nei masyvi dalelė, o ką jau kalbėti apie laivą. Norint skristi į kitą burną, aplenkiant singuliarumą, reikia judėti greičiau už šviesą. Šiuo metu fizikai mano, kad supernovos energijos ir materijos greičiai iš esmės neįmanomi.

Schwarzschild ir Reisner-Nordstrom

Schwarzschild juodoji skylė gali būti laikoma neįveikiama kirmgrauža. Kalbant apie Reisnerio-Nordström juodąją skylę, ji yra šiek tiek sudėtingesnė, bet ir nepravažiuojama. Vis dėlto nėra taip sunku sugalvoti ir aprašyti erdvėje esančias keturmates kirmgraužas, kurias būtų galima pervažiuoti. Jums tereikia pasirinkti reikiamą metrikos tipą. Metrinis tenzorius arba metrika yra reikšmių rinkinys, kurį galima naudoti apskaičiuojant keturmačius intervalus tarp įvykių taškų. Šis dydžių rinkinys visiškai apibūdina ir gravitacinį lauką, ir erdvės-laiko geometriją. Geometriškai perkeliamos kirmgraužos erdvėje yra dar paprastesnės nei juodosios skylės. Jie neturi horizontų, kurie laikui bėgant veda į kataklizmus. AT įvairių taškų laikas gali eiti skirtingu tempu, bet jis neturėtų sustoti ar be galo greitėti.

Dvi kirmgraužų tyrimo kryptys

Gamta užkirto kelią kirmgraužų atsiradimui. Tačiau žmogus sutvarkytas taip, kad jei yra kliūtis, visada atsiras norinčių ją įveikti. Ir mokslininkai nėra išimtis. Kirmgraužų tyrinėjimu užsiimančių teoretikų darbus sąlyginai galima suskirstyti į dvi sritis, kurios viena kitą papildo. Pirmasis susijęs su jų pasekmių svarstymu, iš anksto darant prielaidą, kad kirmgraužos tikrai egzistuoja. Antrosios krypties atstovai bando suprasti, iš ko ir kaip jie gali atsirasti, kokios sąlygos būtinos joms atsirasti. Šios krypties darbų yra daugiau nei pirmojoje ir, ko gero, įdomesni. Ši sritis apima kirmgraužų modelių paiešką, taip pat jų savybių tyrimą.

Rusijos fizikų pasiekimai

Kaip paaiškėjo, medžiagos, kuri yra medžiaga sliekų skylėms statyti, savybės gali būti realizuotos dėl kvantinių laukų vakuumo poliarizacijos. Rusijos fizikai Sergejus Suškovas ir Arkadijus Popovas kartu su ispanų tyrinėtoju Davidu Hochbergu ir Sergejumi Krasnikovas neseniai padarė tokią išvadą. Vakuumas šiuo atveju nėra tuštuma. Tai kvantinė būsena, kuriai būdinga mažiausia energija, tai yra laukas, kuriame nėra tikrų dalelių. Šiame lauke nuolat atsiranda „virtualių“ dalelių poros, kurios išnyksta prieš jas aptinkant prietaisams, tačiau palieka savo pėdsaką energijos tenzoriaus, tai yra neįprastų savybių impulso, pavidalu. Nepaisant to, kad materijos kvantinės savybės daugiausia pasireiškia mikrokosmose, jų sukurtos kirmgraužos tam tikromis sąlygomis gali pasiekti didelius dydžius. Vienas iš Krasnikovo straipsnių, beje, vadinasi „Kirmgraužių grėsmė“.

Filosofijos klausimas

Jei kirmgraužos kada nors bus sukurtos ar atrastos, filosofijos sritis, susijusi su mokslo interpretavimu, susidurs su naujais iššūkiais, ir, reikia pasakyti, labai sunkiais. Nepaisant viso, atrodytų, absurdiško laiko kilpų ir sunkių priežastingumo problemų, ši mokslo sritis tikriausiai kada nors tai išsiaiškins. Kaip savo laiku buvo sprendžiamos kvantinės mechanikos ir sukurto Kosmoso, erdvės ir laiko problemos – visi šie klausimai domino įvairaus amžiaus žmones ir, matyt, domėsis visada. Jų visiškai pažinti beveik neįmanoma. Kosmoso tyrinėjimai vargu ar kada nors bus baigti.

Visi esame įpratę, kad praeities negalima grąžinti, nors kartais labai norisi. Jau daugiau nei šimtmetį mokslinės fantastikos rašytojai piešė įvairiausius incidentus, kurie kyla dėl gebėjimo keliauti laiku ir daryti įtaką istorijos eigai. Be to, ši tema pasirodė tokia deganti, kad praėjusio amžiaus pabaigoje net ir nuo pasakų nutolę fizikai pradėjo rimtai ieškoti tokių mūsų pasaulį apibūdinančių lygčių sprendimų, kurie leistų sukurti laiko mašinas ir akimirksniu. akis įveikti bet kokią erdvę ir laiką.

AT fantastiniai romanai aprašomi ištisi transporto tinklai, jungiantys žvaigždžių sistemas ir istorinės epochos. Įlipau į būdelę, stilizuotą, tarkime, kaip telefono būdelę, ir atsidūriau kažkur Andromedos ūke arba Žemėje, bet aplankiau seniai išnykusius tiranozaurus. Tokių kūrinių veikėjai nuolat naudojasi nuliniu laiko mašinos transportavimu, portalais ir panašiais patogiais įrenginiais. Tačiau mokslinės fantastikos gerbėjai tokias keliones suvokia be didelio nerimo – niekada nežinai, ką galima įsivaizduoti, nurodant sugalvoto įgyvendinimą į neaiškią ateitį arba į nežinomo genijaus įžvalgas. Daug labiau stebina tai, kad laiko mašinos ir tuneliai erdvėje yra gana rimtai aptariami kaip hipotetiškai įmanoma straipsniuose apie teorinę fiziką, garbingiausių mokslinių publikacijų puslapiuose.

Atsakymas slypi tame, kad pagal Einšteino gravitacijos teoriją bendroji teorija Reliatyvumas (GR), keturių matmenų erdvėlaikis, kuriame gyvename, yra išlenktas, o gravitacija, žinoma visiems, yra tokio kreivumo apraiška.

Medžiaga „lenkiasi“, deformuoja erdvę aplink ją ir kuo ji tankesnė, tuo stipresnis kreivumas. Daugybė alternatyvių gravitacijos teorijų, kurių skaičius siekia šimtus, detalėmis skiriasi nuo bendrosios reliatyvumo teorijos, išlaiko pagrindinį dalyką - erdvės ir laiko kreivumo idėją. O jei erdvė išlenkta, tai kodėl gi ne, pavyzdžiui, vamzdžio formos, kuri trumpam jungia šimtus tūkstančių šviesmečių atskirtus regionus arba, tarkime, epochas, nutolusias viena nuo kitos – juk kalbame ne tik apie erdvę, bet apie erdvę-laiką? Ar pamenate Strugatskių (kurie, beje, irgi griebėsi nulinio transporto) žodžius: „Visiškai nesuprantu, kodėl bajoras donas neturėtų...“ - na, sakykim, neskris iki XXXII amžiaus?

Kirmgraužos ar juodosios skylės?

Mintys apie tokį stiprų mūsų erdvėlaikio kreivumą kilo iškart po bendrosios reliatyvumo teorijos atsiradimo – jau 1916 m. austrų fizikas L. Flammas aptarė erdvinės geometrijos egzistavimo galimybę savotiškos skylės, jungiančios du pasaulius, pavidalu. . 1935 metais A. Einšteinas ir matematikas N. Rosenas atkreipė dėmesį į tai, kad paprasčiausi GR lygčių, apibūdinančių izoliuotus, neutralius ar elektriniu krūviu šaltinius, sprendiniai. gravitacinis laukas, turi „tilto“ erdvinę struktūrą, kuri beveik sklandžiai jungia dvi visatas – dvi identiškas, beveik plokščias erdvėlaikes.

Tokios erdvinės struktūros vėliau buvo vadinamos „kirmgraužėmis“ (gana laisvas vertimas Angliškas žodis„kirmgrauža“ – „kirmgrauža“). Einšteinas ir Rosenas netgi svarstė galimybę tokius „tiltus“ panaudoti elementarioms dalelėms apibūdinti. Išties dalelė šiuo atveju yra grynai erdvinis darinys, todėl nereikia specialiai modeliuoti masės ar krūvio šaltinio, o esant mikroskopiniams kirmgraužos matmenims, vienoje iš erdvių esantis išorinis nuotolinis stebėtojas mato tik taškinis šaltinis, turintis tam tikrą masę ir krūvį. Elektrinės jėgos linijos patenka į skylę iš vienos pusės ir išeina iš kitos, niekur neprasidėdamos ir nesibaigdamos. Amerikiečių fiziko J. Wheelerio žodžiais, išeina „masė be masės, krūvis be krūvio“. Ir šiuo atveju visai nebūtina tikėti, kad tiltas jungia dvi skirtingas visatas – tai ne ką blogiau už prielaidą, kad abi kirmgraužos „burnos“ atsiveria į tą pačią visatą, tik skirtinguose taškuose ir skirtingu laiku. - kažkas panašaus į tuščiavidurį „rankeną“, prisiūtą prie pažįstamo beveik plokščio pasaulio. Viena burna, į kurią patenka jėgos linijos, gali būti vertinama kaip neigiamas krūvis (pavyzdžiui, elektronas), kita, iš kurios jos išeina, kaip teigiama (pozitronas), masės abiejose pusėse bus vienodos.

Nepaisant tokio paveikslo patrauklumo, jis (dėl daugelio priežasčių) neįsitvirtino elementariųjų dalelių fizikoje. Einšteino-Roseno „tiltams“ sunku priskirti kvantines savybes, o be jų mikrokosmose nėra ką veikti. Esant žinomoms dalelių (elektronų ar protonų) masių ir krūvių vertėms, Einšteino-Roseno tiltas visai nesusidaro, vietoj to „elektrinis“ sprendimas numato vadinamąjį „nuogąjį“ singuliarumą – tašką, kuriame erdvės kreivumas ir elektrinis laukas tampa begaliniai. Erdvės-laiko sąvoka, net jei ji yra išlenkta, tokiuose taškuose praranda prasmę, nes neįmanoma išspręsti lygčių su begaliniais terminais. Pati bendroji reliatyvumo teorija gana aiškiai nurodo, kur tiksliai ji nustoja veikti. Prisiminkime aukščiau pasakytus žodžius: „beveik sklandžiai jungiasi ...“. Šis „beveik“ reiškia pagrindinį Einšteino – Roseno „tiltų“ trūkumą – glotnumo pažeidimą siauriausioje „tilto“ vietoje, ant kaklo. Ir šis pažeidimas, reikia pasakyti, yra labai nebanalus: ant tokio kaklo, žiūrint iš tolimo stebėtojo, laikas sustoja.

Šiuolaikiškai kalbant, tai, ką Einšteinas ir Rosenas laikė gerkle (ty siauriausiu „tilto“ tašku), iš tikrųjų yra ne kas kita, kaip juodosios skylės (neutralios arba įkrautos) įvykių horizontas. Be to, iš skirtingų „tilto“ pusių dalelės ar spinduliai patenka į skirtingas horizonto „atkarpas“, o tarp, santykinai tariant, dešiniosios ir kairiosios horizonto dalių yra speciali nestatiška sritis, be kurios pro skylę pralįsti neįmanoma.

Nuotoliniam žiūrovui erdvėlaivis, artėjant prie pakankamai didelės (lyginant su laivu) juodosios skylės horizonto, atrodo, sustingsta amžiams, o signalai iš jos pasiekia vis mažiau. Priešingai, pagal laivo laikrodį horizontas pasiekiamas per ribotą laiką. Praplaukęs horizontą, laivas (dalelė ar šviesos spindulys) netrukus neišvengiamai atsiremia į singuliarumą – kur kreivumas tampa begalinis ir kur (vis dar pakeliui) bet koks išplėstas kūnas neišvengiamai bus sutraiškytas ir suplėšytas. Tai atšiauri juodosios skylės vidinės struktūros realybė. Schwarzschild ir Reisner-Nordström sprendimai, apibūdinantys sferiškai simetriškas neutralias ir elektriškai įkrautas juodąsias skyles, buvo gauti 1916–1917 m., tačiau fizikai iki galo suprato sudėtingą šių erdvių geometriją tik šeštojo–šeštojo dešimtmečių sandūroje. Beje, būtent tada Johnas Archibaldas Wheeleris, žinomas savo darbais branduolinės fizikos ir gravitacijos teorijos srityje, pasiūlė terminus „juodoji skylė“ ir „kirmgrauža“. Kaip paaiškėjo, Schwarzschild ir Reisner-Nordström erdvėse tikrai yra kirmgraužų. Žvelgiant iš tolimo stebėtojo požiūrio, jie nėra visiškai matomi, kaip ir pačios juodosios skylės, ir yra tokie pat amžini. Tačiau keliautojui, išdrįsusiam prasiskverbti už horizonto, skylė įgriūva taip greitai, kad pro ją nepraskris nei laivas, nei masyvi dalelė, nei net šviesos spindulys. Norint, apeinant singuliarumą, prasibrauti „į Dievo šviesą“ – į kitą skylės žiotis, reikia judėti greičiau už šviesą. O fizikai šiandien mano, kad superluminaliniai materijos ir energijos judėjimo greičiai iš esmės neįmanomi.

Kirmgraužos ir laiko kilpos

Taigi, Schwarzschild juodoji skylė gali būti laikoma neįveikiama kirmgrauža. Reisner-Nordström juodoji skylė yra sudėtingesnė, bet ir nepravažiuojama. Tačiau sugalvoti ir aprašyti pravažiuojamas keturių dimensijų kirmgraužas, pasirenkant norimą metrikos tipą (metrika, arba metrinis tenzorius, yra dydžių rinkinys, naudojamas skaičiuojant keturių matmenų atstumus-intervalus tarp įvykių taškai, kurie visiškai apibūdina erdvės-laiko geometriją ir gravitacinį lauką). Perkeliamos kirmgraužos apskritai geometriškai yra dar paprastesnės nei juodosios skylės: neturėtų būti horizontų, vedančių į kataklizmus laikui bėgant. Laikas skirtinguose taškuose, žinoma, gali bėgti skirtingu tempu – tačiau jis neturėtų be galo greitėti ar sustoti.

Turiu pasakyti, kad įvairios juodosios skylės ir kirmgraužos yra labai įdomūs mikroobjektai, atsirandantys savaime, kaip gravitacinio lauko kvantiniai svyravimai (10-33 cm ilgio), kur, remiantis esamais vertinimais, gali būti suprantama kaip gravitacinio lauko kvantiniai svyravimai. klasikinis, sklandus erdvėlaikis nebetaikomas. Tokiose svarstyklėse turbulentingoje srovėje turėtų būti kažkas panašaus į vandenį ar muilo putas, nuolat „kvėpuojančias“ dėl mažų burbuliukų susidarymo ir griuvimo. Vietoj ramios tuščios erdvės turime pašėlusiu tempu atsirandančias ir nykstančias mini juodąsias skyles ir keisčiausių bei persipinančių konfigūracijų kirmgraužus. Jų matmenys neįsivaizduojamai maži – tiek pat kartų mažesni atomo branduolys kiek šerdis yra mažesnė už Žemės planetą. Kol kas nėra griežto erdvės ir laiko putų aprašymo, nes nuoseklus kvantinė teorija gravitaciją, tačiau apskritai aprašytas vaizdas išplaukia iš pagrindinių fizikinės teorijos principų ir greičiausiai nepasikeis.

Tačiau tarpžvaigždinių ir tarplaikinių kelionių požiūriu reikalingos visiškai skirtingų dydžių kirmgraužos: „norėčiau“, kad pro kaklą be žalos praplauktų protingo dydžio erdvėlaivis ar bent tankas (būtų nepatogu tarp tiranozaurų). be jo, tiesa?). Todėl pirmiausia reikia gauti gravitacijos lygčių sprendinius perkeliamų makroskopinių matmenų kirmgraužų pavidalu. Ir jei darysime prielaidą, kad tokia skylė jau atsirado, o likusi erdvėlaikio dalis liko beveik plokščia, tai pagalvokime, kad yra visko – skylė gali būti ir laiko mašina, ir tarpgalaktinis tunelis, ir netgi greitintuvas. Nepriklausomai nuo to, kur ir kada yra viena iš kirmgraužos angų, antroji gali būti bet kur erdvėje ir bet kuriuo metu – praeityje ar ateityje. Be to, burna gali judėti bet kokiu greičiu (šviesos ribose) aplinkinių kūnų atžvilgiu – tai netrukdys išeiti iš skylės į (praktiškai) plokščią Minkovskio erdvę. Žinoma, kad jis yra neįprastai simetriškas ir atrodo vienodai visuose savo taškuose, visomis kryptimis ir bet kokiuose inerciniuose rėmuose, nesvarbu, kaip greitai jie juda.

Bet, kita vertus, darant prielaidą, kad egzistuoja laiko mašina, iš karto susiduriame su visa tokio tipo paradoksų „puokšte“ - nuskrido į praeitį ir „kastuvu nužudė senelį“, kol senelis negalėjo tapti tėvu. Normalus sveikas protas rodo, kad taip greičiausiai tiesiog negali būti. Ir jei fizinė teorija pretenduoja apibūdinti tikrovę, joje turi būti mechanizmas, draudžiantis formuoti tokias „laiko kilpas“ arba bent jau apsunkinti jų formavimąsi.

GR, be jokios abejonės, teigia apibūdinanti tikrovę. Jame rasta daug sprendimų, apibūdinančių erdves su uždaromis laiko kilpomis, tačiau paprastai dėl vienokių ar kitokių priežasčių jos pripažįstamos arba nerealiomis, arba, tarkime, „nepavojingomis“.

Taip labai įdomus sprendimas Einšteino lygtis nurodė austrų matematikas K. Godelis: tai vienalytė stacionari visata, besisukanti kaip visuma. Jame yra uždaros trajektorijos, kuriomis keliaujant galima grįžti ne tik į pradžios tašką erdvėje, bet ir į pradinį tašką laiku. Tačiau skaičiavimas rodo, kad minimali tokios kilpos trukmė yra daug ilgesnė nei Visatos gyvavimo trukmė.

Perkeliamos kirmgraužos, laikomos „tiltais“ tarp skirtingų visatų, yra laikinos (kaip minėjome), kad būtų galima daryti prielaidą, kad abi burnos atsiveria į tą pačią visatą, nes kilpos iš karto atsiranda. Kas tuomet, bendrosios reliatyvumo teorijos požiūriu, trukdo joms susidaryti, bent jau makroskopiniu ir kosminiu mastu?

Atsakymas paprastas: Einšteino lygčių struktūra. Kairėje jų pusėje yra dydžiai, apibūdinantys erdvės ir laiko geometriją, o dešinėje - vadinamasis energijos impulso tenzorius, kuriame yra informacija apie medžiagos energijos tankį ir įvairius laukus, apie jų slėgį įvairiomis kryptimis, apie jų pasiskirstymas erdvėje ir apie judėjimo būseną. Galima „skaityti“ Einšteino lygtis iš dešinės į kairę, nurodant, kad materija jas naudoja, kad „nurodytų“ erdvei, kaip kreivė. Bet galima ir – iš kairės į dešinę, tada interpretacija bus kitokia: geometrija diktuoja materijos savybes, kurios galėtų užtikrinti jos egzistavimą, geometriją.

Taigi, jei mums reikia kirmgraužos geometrijos, pakeičiame ją Einšteino lygtimis, analizuojame ir išsiaiškiname, kokios medžiagos reikia. Pasirodo, tai labai keista ir precedento neturinti, vadinama „egzotiška materija“. Taigi, norint sukurti paprasčiausią (sferiškai simetrišką) kirmgraužą, būtina, kad energijos tankis ir slėgis radialine kryptimi sudarytų neigiamą reikšmę. Ar reikia sakyti, kad įprastoms materijos rūšims (kaip ir daugeliui žinomų fizikinių laukų) abu šie dydžiai yra teigiami?..

Gamta, kaip matome, iš tiesų pastatė rimtą kliūtį kirmgraužų atsiradimui. Bet taip žmogus dirba, ir mokslininkai čia ne išimtis: jei barjeras yra, visada atsiras norinčių jį įveikti.

Kirmgraužomis besidominčių teoretikų darbus sąlyginai galima suskirstyti į dvi viena kitą papildančias kryptis. Pirmasis, iš anksto darydamas prielaidą, kad kirmgraužos egzistuoja, svarsto kylančias pasekmes, antrasis bando nustatyti, kaip ir iš kokių kirmgraužų galima statyti, kokiomis sąlygomis jos atsiranda ar gali atsirasti.

Pavyzdžiui, pirmosios krypties darbuose toks klausimas aptariamas.

Tarkime, kad mūsų žinioje yra kirmgrauža, pro kurią galite praeiti per kelias sekundes ir leiskite jos dviem piltuvo formos angoms „A“ ir „B“ išsidėstyti arti viena kitos erdvėje. Ar įmanoma tokią skylę paversti laiko mašina? Amerikiečių fizikas Kipas Thorne'as ir jo bendradarbiai parodė, kaip tai padaryti: idėja yra palikti vieną iš burnų „A“ vietoje, o kitą „B“ (kuri turėtų elgtis kaip paprastas masyvus kūnas). išsisklaido iki šviesos greičio, panašaus į šviesos greitį, tada grįžkite atgal ir stabdykite šalia „A“. Tada dėl SRT poveikio (laiko lėtėjimas judančiam kūnui, palyginti su nejudančiu) burnai „B“ praeis mažiau laiko nei burnai „A“. Be to, kuo didesnis buvo burnos „B“ judėjimo greitis ir trukmė, tuo didesnis bus laiko skirtumas tarp jų. Tiesą sakant, tai yra tas pats mokslininkams gerai žinomas „dvynių paradoksas“: dvynys, grįžęs iš skrydžio į žvaigždes, yra jaunesnis už savo brolį... Tebūnie laiko skirtumas tarp burnų, nes pavyzdžiui, pusę metų. Tada, viduržiemį sėdėdami prie „A“ žiočių, pro kirmgraužą pamatysime ryškų praėjusios vasaros vaizdą ir – tikrai šios vasaros ir sugrįžimo, praėję pro skylę. Tada vėl prieisime prie piltuvo „A“ (jis, kaip susitarėme, yra kažkur šalia), dar kartą nersime į duobę ir šoksime tiesiai į pernykštį sniegą. Ir tiek daug kartų. Judėdami priešinga kryptimi – nerdami į piltuvą „B“, – peršoksime pusę metų į ateitį... Taigi, atlikę vieną manipuliaciją viena iš burnų, gauname laiko mašiną, kurią galima „naudoti“ nuolat (žinoma, darant prielaidą, kad tai stabilu arba kad mes sugebame jį išlaikyti „veikiantį“).

Antrosios krypties kūrinių gausu, o gal net įdomesni. Ši kryptis apima konkrečių kirmgraužų modelių paiešką ir specifinių jų savybių, kurios apskritai lemia, ką su šiomis skylutėmis galima daryti ir kaip jas panaudoti, tyrimą.

Egzomatras ir tamsioji energija

Egzotiškos medžiagos savybės, kurias turi turėti statybinė medžiaga kirmgraužoms, kaip paaiškėja, gali būti įgyvendintos dėl vadinamosios kvantinių laukų vakuumo poliarizacijos. Tokią išvadą neseniai padarė rusų fizikai Arkadijus Popovas ir Sergejus Suškovas iš Kazanės (kartu su Davidu Hochbergu iš Ispanijos) ir Sergejus Krasnikovas iš Pulkovo observatorijos. Ir šiuo atveju vakuumas yra visai ne tuštuma, o kvantinė būsena su mažiausia energija – laukas be realių dalelių. Jame nuolat atsiranda poros „virtualių“ dalelių, kurios vėlgi išnyksta anksčiau, nei jas galėjo aptikti įrenginiai, tačiau palieka savo labai tikrą pėdsaką kažkokio neįprastų savybių turinčio energijos-momento tenzoriaus pavidalu.

Ir nors materijos kvantinės savybės daugiausia pasireiškia mikrokosmose, jų sukurtos kirmgraužos (tam tikromis sąlygomis) gali pasiekti labai padorų dydį. Beje, vienas iš S. Krasnikovo straipsnių turi „gąsdinantį“ pavadinimą – „Grėsmė kirmgraužais“. Įdomiausias dalykas šioje grynai teorinėje diskusijoje yra tai, kad tikrieji pastarųjų metų astronominiai stebėjimai, atrodo, smarkiai pakerta kirmgraužų egzistavimo priešininkų pozicijas.

Astrofizikai, tyrinėdami supernovų sprogimų statistiką galaktikose, esančiose už milijardų šviesmečių nuo mūsų, padarė išvadą, kad mūsų Visata ne tik plečiasi, bet plečiasi vis didesniu greičiu, tai yra, su pagreičiu. Be to, laikui bėgant šis pagreitis netgi didėja. Tai gana užtikrintai rodo naujausi stebėjimai, atlikti naudojant naujausius kosminius teleskopus. Na, o dabar pats laikas prisiminti ryšį tarp materijos ir geometrijos bendrojoje reliatyvumo teorijoje: Visatos plėtimosi prigimtis yra tvirtai susijusi su materijos būsenos lygtimi, kitaip tariant, su jos tankio ir slėgio ryšiu. Jei medžiaga yra įprasta (su teigiamu tankiu ir slėgiu), tada pats tankis laikui bėgant mažėja, o plėtimasis sulėtėja.

Jei slėgis yra neigiamas ir vienodo dydžio, bet priešingo ženklo energijos tankiui (tada jų suma = 0), tai šis tankis yra pastovus laike ir erdvėje – tai yra vadinamoji kosmologinė konstanta, kuri veda į plėtimąsi su konstanta. pagreitis.

Bet kad pagreitis augtų su laiku, o to nepakanka – slėgio ir energijos tankio suma turi būti neigiama. Niekas niekada nebuvo pastebėjęs tokios materijos, tačiau regimos Visatos dalies elgesys tarsi signalizuoja apie jos buvimą. Skaičiavimai rodo, kad tokios keistos, nematomos medžiagos (vadinamos „tamsiąja energija“) dabartinėje eroje turėtų būti apie 70%, ir ši dalis nuolat didėja (skirtingai nuo įprastos materijos, kuri didėjant tūriui praranda tankį, tamsioji energija elgiasi paradoksaliai – Visata plečiasi, o jos tankis auga). Bet juk (apie tai jau kalbėjome) būtent tokia egzotiška medžiaga yra tinkamiausia „statybinė medžiaga“ kirmgraužoms formuoti.

Žmogus traukia fantazuoti: anksčiau ar vėliau bus atrasta tamsioji energija, mokslininkai ir technologai išmoks ją tirštinti ir statyti kirmgraužas, o ten – netoli nuo „svajonės išsipildymo“ – apie laiko mašinas ir tunelius, vedančius į žvaigždės... Tiesa, Tamsiosios energijos tankio Visatoje įvertinimas, užtikrinantis pagreitintą jos plėtimąsi, kiek slopina: jei tamsioji energija pasiskirsto tolygiai, gaunama visiškai nereikšminga reikšmė – apie 10-29 g/cm3. . Įprastai medžiagai šis tankis atitinka 10 vandenilio atomų 1 m3. Net tarpžvaigždinės dujos yra kelis kartus tankesnės. Taigi, jei šis kelias į laiko mašinos sukūrimą gali tapti realus, tai tai bus dar labai labai greitai.

Reikia spurgos skylės

Iki šiol buvo kalbama apie tunelius primenančias kirmgraužas lygiais kakliukais. Bet juk bendroji reliatyvumo teorija numato ir kitokias kirmgraužas – ir iš esmės jos nereikalauja jokios paskirstytos materijos. Egzistuoja visa klasė Einšteino lygčių sprendiniai, kuriuose keturmatė erdvėlaikė, plokščia toli nuo lauko šaltinio, egzistuoja tarsi dviem egzemplioriais (arba lakštais), o abiem bendra tik tam tikra plona dalis. žiedas (lauko šaltinis) ir diskas, kurį riboja šis žiedas. Šis žiedas turi išties magišką savybę: galite „klaidžioti“ aplink jį kiek nori, likdami „savo“ pasaulyje, tačiau perėję jį, atsidursite visiškai kitame pasaulyje, nors ir panašiame į "tavo paties". O norint grįžti atgal, reikia dar kartą pereiti žiedą (ir iš bet kurios pusės, nebūtinai iš tos, kurią ką tik išėjai).

Pats žiedas yra vienaskaita – erdvėlaikio kreivumas ant jo virsta begalybe, tačiau visi jo viduje esantys taškai yra gana normalūs, o ten judantis kūnas nepatiria jokių katastrofiškų padarinių.

Įdomu tai, kad tokių sprendimų yra labai daug – tiek neutralių, tiek elektros krūvis, tiek su sukimu, tiek be jo. Ypač toks yra garsusis Naujosios Zelandijos R. Kerro sprendimas dėl besisukančios juodosios skylės. Realiausiai jame aprašomos žvaigždžių ir galaktikos mastelių juodosios skylės (kurių egzistavimu dauguma astrofizikų nebeabejoja), nes beveik visos dangaus kūnai patiria sukimąsi, o suspaudus sukimasis tik greitėja, ypač griūdamas į juodąją skylę.

Taigi, pasirodo, kad besisukančios juodosios skylės yra „tiesioginės“ kandidatės į „laiko mašinas“? Tačiau juodosios skylės susiformavo žvaigždžių sistemos, apsuptas ir pripildytas karštų dujų bei atšiaurios mirtinos spinduliuotės. Be šio grynai praktinio prieštaravimo, yra ir esminis prieštaravimas, susijęs su sunkumais išlipant iš po įvykių horizonto į naują erdvinį-laikinį „lapą“. Tačiau neverta apie tai kalbėti išsamiau, nes, remiantis bendruoju reliatyvumu ir daugeliu jos apibendrinimų, kirmgraužos su pavieniais žiedais gali egzistuoti be jokių horizontų.

Taigi yra bent dvi teorinės jungiamųjų kirmgraužų egzistavimo galimybės skirtingi pasauliai: urvai gali būti lygūs ir sudaryti iš egzotiškos medžiagos, arba gali atsirasti dėl išskirtinumo, o išlikti pravažiuojami.

Erdvė ir stygos

Ploni pavieniai žiedai primena kitus neįprastus šiuolaikinės fizikos numatytus objektus – kosmines stygas, kurios susidarė (pagal kai kurias teorijas) ankstyvojoje Visatoje, kai supertanki medžiaga atvėso ir pasikeitė jos būsenos. Jos tikrai primena stygas, tik nepaprastai sunkios – daug milijardų tonų vienam ilgio centimetrui, o storis – mikrono dalis. Ir, kaip parodė amerikietis Richardas Gotas ir prancūzas Gerardas Clementas, kelios stygos, judančios viena kitos atžvilgiu dideliu greičiu, gali būti naudojamos kuriant struktūras, turinčias laiko kilpas. Tai yra, judėdami tam tikru būdu šių stygų gravitaciniame lauke, galite grįžti į pradinį tašką prieš išskridę iš jo.

Astronomai jau seniai ieškojo tokio tipo kosminiai objektai, o šiandien jau yra vienas „geras“ kandidatas – CSL-1 objektas. Tai dvi stebėtinai panašios galaktikos, kurios iš tikrųjų yra viena, tik išsišakojusios dėl gravitacinio lęšio poveikio. Be to, šiuo atveju gravitacinis lęšis yra ne sferinis, o cilindrinis, primenantis ilgą ploną sunkų siūlą.

Ar padės penktoji dimensija?

Tuo atveju, kai erdvėlaikis turi daugiau nei keturias dimensijas, kirmgraužų architektūra įgauna naujų, anksčiau nežinomų galimybių. Taip, viduje pastaraisiais metais„brano pasaulio“ sąvoka išpopuliarėjo. Daroma prielaida, kad visa stebima medžiaga yra kokiame nors keturmačiame paviršiuje (žymima terminu „brana“ – sutrumpintas žodis „membrana“), o aplinkiniame penkių ar šešių dimensijų tūryje nėra nieko kito, tik gravitacinis laukas. Pačios branos gravitacinis laukas (ir tai yra vienintelis, kurį mes stebime) paklūsta modifikuotoms Einšteino lygtims, ir jas įneša aplinkinio tūrio geometrija. Taigi, šis indėlis gali atlikti egzotiškos medžiagos, kuri generuoja kirmgraužas, vaidmenį. Urvai gali būti bet kokio dydžio ir vis tiek neturėti savo gravitacijos.

Tai, žinoma, neišsemia visos kirmgraužų „konstrukcijų“ įvairovės, ir bendra išvada yra tokia, kad nepaisant visų neįprastų jų savybių ir visų esminių, įskaitant filosofinius, sunkumus, su kuriais jie susiduria. gali lemti, į galimą jų egzistavimą verta žiūrėti rimtai ir deramai. Pavyzdžiui, negalima atmesti to dideli dydžiai egzistuoja tarpžvaigždinėje ar tarpgalaktinėje erdvėje – jau vien dėl labai tamsios energijos koncentracijos, kuri pagreitina Visatos plėtimąsi. Vienareikšmio atsakymo į klausimus – kaip jie gali ieškoti žemiškojo stebėtojo ir ar yra būdas juos aptikti – kol kas nėra. Skirtingai nei juodosios skylės, kirmgraužos gali net neturėti jokio pastebimo traukos lauko (galima ir atstūmimas), todėl nereikėtų tikėtis pastebimų žvaigždžių ar tarpžvaigždinių dujų ir dulkių koncentracijos šalia jų. Tačiau darant prielaidą, kad jie gali „sutrumpinti“ vienas nuo kito nutolusius regionus ar epochas, praleisdami pro save žvaigždžių spinduliuotę, visiškai įmanoma tikėtis, kad kuri nors tolima galaktika atrodys neįprastai artima. Dėl Visatos plėtimosi, kuo toliau galaktika, tuo didesnis spektro poslinkis (į raudonąją pusę) jos spinduliuotė ateina pas mus. Tačiau žiūrint pro kirmgraužą raudonojo poslinkio gali ir nebūti. Arba bus, bet yra kitaip. Kai kuriuos iš šių objektų vienu metu galima stebėti dviem būdais – pro skylę arba „įprastu“ būdu, „pro skylę“.

Taigi, kosminės kirmgraužos ženklas gali būti toks: dviejų objektų, turinčių labai panašias savybes, bet skirtingais matomais atstumais ir su skirtingais raudonaisiais poslinkiais, stebėjimas. Jei kirmgraužos vis dėlto bus atrastos (arba pastatytos), filosofijos sritis, nagrinėjanti mokslo interpretaciją, susidurs su naujomis ir, turiu pasakyti, labai sunkiomis užduotimis. Ir nepaisant viso, atrodančio, laiko kilpų absurdiškumo ir su priežastiniu ryšiu susijusių problemų sudėtingumo, ši mokslo sritis greičiausiai anksčiau ar vėliau kažkaip viską išsiaiškins. Kaip savo laiku ji „susitvarkė“ su konceptualiomis kvantinės mechanikos ir Einšteino reliatyvumo teorijos problemomis.

Kirilas Bronnikovas, fizinių ir matematikos mokslų daktaras

1 apibrėžimas

Einšteino-Roseno tiltas yra viena iš Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygčių vakuuminio sprendimo modifikacijų.

1935 metais A. Einšteinas ir N. Rosenas paskelbė straipsnį „Dalelių problemos bendrojoje reliatyvumo teorijoje“. Šiame straipsnyje mokslininkai bandė pateikti matematinis modelis dalelės kaip tiltas. Siūlomos hipotezės esmė buvo ta, kad dalelė buvo pateikta „skylės“, o ne, kaip mums įprasta, taško pavidalu.

Einšteino ir Roseno pasiūlytame modelyje mokslininkai bandė:

• pasiūlyti iš esmės naują žvilgsnį į elementariųjų dalelių, sudarančių materiją, prigimtį;
• matematikos požiūriu gražu jungti gravitacijos ir elektromagnetizmo teorijas (siūlomas sprendimas tinka bendrosios reliatyvumo teorijos lygtims (gravitacinėms lygtims) ir Maksvelo lygtims (elektromagnetinėms lygtims));

Geometrinė Einšteino-Roseno tilto esmė ta, kad yra trumpas vamzdis – trumpiklis, jungiantis du lygiagrečius erdvinius „lapus“.

Modifikuotas Schwarzschildo sprendimas

Svarstant Schwarzschildo sprendimą už horizonto (už $\rho2M$), galima vieną "radialinę" koordinatę ($\rho$) pakeisti kita - $u(\rho)$. Šiuo atveju santykio lygtį rašome tokia forma:

$\frac(1)(2) u^2=\rho-2M >0 (1).$

Radialinė koordinatė transformuojama taip, kad $\rho$ didėjant nuo $2M$ iki begalybės, $u$ koordinatė arba auga nuo nulio iki begalybės, arba mažėja nuo 0 iki minus begalybės.

Šiuo atveju metrika naujose koordinatėse yra tokia:

$ds^2=\frac(u^2)(u^2+4M)dt^2-(u^2+4M)du^2-\frac(1)(4)(u^2+4M)^ 2(d\theta^2+sin^2\theta d\phi^2)(2).$

Kadangi metrika (2) buvo gauta transformavus koordinates iš Schwarzschildo sprendinio, ji taip pat tenkins bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis, bent jau $u$ > $0$ ir $u$

Metrika (1) apibrėžiama visoje realioje ašyje.

Du Schwarzschildo lygties sprendimo variantai $u$ > $0$ ir $u$

Metrikos (2) komponentai yra sklandžios funkcijos, todėl Einšteino lygtys tenkinamos visiems $u$.

Kai $u = 0 $, metrika (2) yra išsigimusi, todėl Einšteino lygtis reikės toliau apibrėžti.

Einšteino-Rozeno metrika yra nekintanti transformuojant $u \į -u$.

Metrikos (2) autoriai Einšteinas ir Rosenas manė, kad metrikos (2) fizikinė interpretacija yra $M$ masės taškinė dalelė, kuri yra sferinės koordinačių sistemos $u=0$ centre. , o erdvėlaikis aplink šią dalelę apibūdinamas dviem lakštais $u$ $0$ su metrika (2). Reikėtų atsižvelgti į tai, kad šie lapai apibūdina vieną Visatą.

Šiuolaikinis Einšteino–Rozeno tilto fizinės prasmės aiškinimas

Apsvarstykite bandomųjų dalelių poslinkį $u=0$ hiperpaviršiaus pusiaujo plokštumoje ($\theta=\frac(1)(2) \pi$). Mūsų dalelės erdvėje juda trimis matmenimis, naudojant metriką:

$ds^2=(1-\frac(2M)(\rho))dt^2-\frac(d \rho^2)(1-\frac(2M)(\rho))-\rho^2d\ phi^2 (3)$

Schwarzschild koordinatėmis.

Šioms bandomosioms dalelėms skirtą erdvę sudaro atkarpos $t=const$. Gauname dvimatį kolektorių (paviršių) su metrika:

$dl^2=\frac(d\rho^2)(1-\frac(2M)(\rho))+\rho^2d\phi^2 (4),$

kur $\rho$ ir $\phi$ yra Euklido plokštumos polinės koordinatės.

Norint pavaizduoti metrikos (4) apibrėžtą paviršių, jis įterpiamas į trimatę euklido erdvę, kurioje $\rho$, $\phi$ ir $z$ yra cilindrinės koordinatės. Jei sukimosi judėjimas nurodomas naudojant funkciją $z (\rho)$, tada indukuota metrika įterptame paviršiuje yra tokia:

$dl^2=(1+(\frac(dz)(d\rho))^2)d\rho^2+\rho^2d\phi^2 (5).$

Norint įgyvendinti (5) ir (4) metrikų sutapimą, būtina, kad būtų įvykdyta lygybė:

$(\frac(dz)(d\rho))^2=\frac(1)(\frac(\rho)(2M)-1)(6).$

(6) lygtis galioja tik išoriniam Schwarzschildo sprendimui ($\rho$ > $2M$). Bendras sprendimas gali būti parašytas taip:

$z=\int(\frac(d\rho)(\sqrt(\frac(\rho)(2M)-1)))=4M\sqrt(\frac(\rho)(2M)-1)+const (7) $.

Integravimo konstanta gali būti prilyginama nuliui, nes ji yra atsakinga už $z$ koordinatės poslinkį.

Matome, kad paviršius su metrika (4) gali būti pavaizduotas trimatėje euklidinėje erdvėje, kurią pateikia lygtis:

$\frac(\rho)(2M)=1+(\frac(z)(4M))^2 (8).$

(8) lygtis mums sako, kad turime revoliucijos paraboloidą (Flamo paraboloidą).

Šiame įterpime viršutinė ($z$ > $0$) ir apatinė ($z$

Šios sekcijos sklandžiai susiuvamos išilgai kaklo $z=0$. Kaklas atitinka $\rho_s=2M$ horizontą.

Flammo paraboloidas visame pasaulyje yra izometrinis skerspjūviams išilgai Einšteino–Rozeno tilto pusiaujo.

Naudojant $u$ ir $\phi$ koordinates, įterpimai bus pateikti pagal lygtis:

$z^2=4Mu^2$ arba $z=\pm \sqrt(4M)u (9).$

Lygtys (9) reiškia, kad paraboloidas tampa kūgių pora, o tilto kaklelis susitraukia iki taško.

Fizinis Einšteino-Rozeno tilto aiškinimas, aukščiau atliktos konstrukcijos, atliekama taip:

• Gaunamos dvi visatos, atitinkančios $z$ > $0$ ir $z$
• Abi Visatos yra asimptotiškai plokščios, jei atstumai dideli ($\rho \iki \infty$).
• „Centre“ Visatos turi klijavimą ($\rho=2M$ $u=0$).

Aukščiau aprašyta struktūra vadinama kirmgrauža, nes per ją yra hipotetinė galimybė patekti į kitą Visatą. Atkreipkite dėmesį, kad Einšteino-Rozeno tiltas yra neįveikiama kirmgrauža.

Šiuo metu manoma, kad kirmgraužų egzistavimas neįrodytas, nes jų neaptikta.

Nemažai mokslininkų pastebi, kad „kirmgraužų“ paieška yra viena įdomiausių astronomijos užduočių.

Daroma prielaida, kad kirmgraužos gali būti galaktikų centruose.

Reliatyvistinis juodųjų skylių aprašymas pasirodo Karlo Schwarzschildo darbuose. 1916 m., praėjus vos keliems mėnesiams po to, kai Einšteinas užrašė savo garsiąsias lygtis, Schwarzschildas sugebėjo rasti tikslų joms sprendimą ir apskaičiuoti masyvios nejudančios žvaigždės gravitacinį lauką.

Schwarzschildo sprendimas turėjo keletą įdomių savybių. Pirma, aplink juodąją skylę yra „negrįžimo taškas“. Bet koks objektas, artėjantis mažesniu atstumu nei šis spindulys, neišvengiamai bus įtrauktas į juodąją skylę ir negalės ištrūkti. Asmuo, kuriam nelaimingas atsidūrė Schwarzschildo spinduliu, bus sugautas juodosios skylės ir mirtinai sutraiškytas. Šiuo metu šis atstumas nuo juodosios skylės vadinamas Schwarzschildo spindulys, arba įvykių horizontas(tolimiausias matomas taškas).

Antra, bet kas, esantis Schwarzschildo spinduliu, atras „veidrodinę visatą“ kitoje erdvės-laiko pusėje (10.2 pav.). Einšteino netrikdė šios keistos veidrodinės visatos egzistavimas, nes bendrauti su ja buvo neįmanoma. Bet koks kosminis zondas, išsiųstas į juodosios skylės centrą, susidurs su begaliniu kreivumu; kitaip tariant, gravitacinis laukas bus begalinis ir bet koks materialus objektas bus sunaikintas. Elektronai atitrūks nuo atomų, net branduolyje esantys protonai ir neutronai bus susprogdinti. Be to, norint prasiskverbti į kitą visatą, zondas turėtų skristi greičiau nei šviesos greitis, o tai neįmanoma. Taigi, nors veidrodinė visata yra matematiškai būtina norint suprasti Schwarzschildo sprendimą, fiziškai jos stebėti niekada nebus įmanoma.

Ryžiai. 10.2. Einšteino-Roseno tiltas jungia dvi skirtingas visatas. Einšteinas tikėjo, kad bet kuri ant šio tilto nusileidusi raketa bus sunaikinta, o tai reiškia, kad ryšys tarp šių dviejų visatų yra neįmanomas. Tačiau vėliau atlikti skaičiavimai parodė, kad keliavimas per platformą, nors ir itin sudėtingas, vis tiek įmanomas.

Dėl to garsusis Einšteino-Rozeno tiltas, jungiantis dvi visatas (tiltas pavadintas Einšteino ir jo išradėjo Natano Roseno vardu) laikomas matematine keistenybe. Šis tiltas yra būtinas norint gauti matematiškai nuoseklią juodųjų skylių teoriją, tačiau patekti į veidrodinę visatą per Einšteino-Roseno tiltą neįmanoma. Netrukus Einšteino-Rozeno tiltai pasirodė kituose gravitacinių lygčių sprendiniuose, pavyzdžiui, Reisnerio-Nordströmo juodosios skylės su elektros krūviu sprendime... Nepaisant to, Einšteino-Roseno tiltas išliko keista, bet pamiršta reliatyvumo teorijos taikymas. .

Situacija ėmė keistis atsiradus Naujosios Zelandijos matematiko Roy'aus Kerro darbui, kuris 1963 metais surado kitą tikslų Einšteino lygčių sprendimą. Kerras tikėjo, kad bet kuri griūvanti žvaigždė sukasi. Kaip besisukantis čiuožėjas, kurio greitis didėja, kai jis uždaro rankas, žvaigždė, griūdama, neišvengiamai suksis greičiau. Taigi stacionarus Schwarzschildo sprendimas juodosioms skylėms nebuvo fiziškai tinkamiausias Einšteino lygčių sprendimas.

Kerro pasiūlytas sprendimas tapo sensacija reliatyvumo klausimais. Astrofizikas Subramanjanas Čandrasekharas kartą pasakė:

Įspūdingiausias mano įvykis mokslinis gyvenimas t.y., per keturiasdešimt penkerius metus buvo suvokta, kad tikslus Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygčių sprendimas, kurį atrado Naujosios Zelandijos matematikas Roy'us Kerras, visiškai tiksliai atvaizduoja nesuskaičiuojamą daugybę masyvių juodųjų skylių. užpildyti visatą. Tai „baimė prieš gražią“, tai neįtikėtinas faktas kad atradimas, kad grožio paieškos matematikoje atskleidė tikslų atitikmenį gamtoje, įtikina mane, kad grožis yra tai, kas žmogaus protas atsako giliausiu, prasmingiausiu lygiu.

Tačiau Kerras išsiaiškino, kad masyvi besisukanti žvaigždė nesusitraukia į tašką. Vietoj to, besisukanti žvaigždė yra plokščia, kol galiausiai virsta žiedu, turinčiu nuostabių savybių. Jei zondą paleisite į juodąją skylę iš šono, jis atsitrenks į šį žiedą ir bus visiškai sunaikintas. Erdvės-laiko kreivumas išlieka begalinis, jei prie žiedo priartėsite iš šono. Taip sakant, centrą vis dar supa „mirties žiedas“. Bet jei paleisite kosminį zondą į žiedą iš viršaus arba iš apačios, jis turės susidoroti su dideliu, bet baigtiniu kreivumu; kitaip tariant, gravitacinė jėga nebus begalinė.

Ši labai netikėta Kerro sprendimo išvada reiškia, kad bet koks kosminis zondas, paleistas į besisukančią juodąją skylę išilgai savo sukimosi ašies, iš esmės galėtų atlaikyti didžiulį, bet baigtinį gravitacinių laukų poveikį centre ir pasiekti veidrodinę visatą. išvengiant mirties begalinio kreivumo įtakoje. Einšteino-Rozeno tiltas veikia kaip tunelis, jungiantis du erdvėlaikio regionus; tai yra „kirmgrauža“ arba „kurmio skylė“. Taigi, Kerr juodoji skylė yra vartai į kitą visatą.

Dabar įsivaizduokime, kad mūsų raketa atsidūrė ant Einšteino-Rozeno tilto. Kai ji artėja prie besisukančios juodosios skylės, ji mato žiedo formos besisukančią žvaigždę. Iš pradžių atrodo, kad juodosios skylės link iš šono leidžiasi raketa Šiaurės ašigalis laukia katastrofiško susidūrimo. Tačiau artėjant prie žiedo šviesa iš veidrodinės visatos pasiekia mūsų jutiklius. Kadangi visa elektromagnetinė spinduliuotė, taip pat ir radarų, skrieja aplink juodąją skylę, mūsų radarų ekranuose pasirodo signalai, kurie nuolatos aplenkia juodąją skylę. Sukuriamas efektas, primenantis veidrodinį „juoko kambarį“, kuriame mus klaidina daugybė atspindžių iš visų pusių. Šviesa numuša daugybę veidrodžių ir sukuria iliuziją, kad kambarys pilnas mūsų kopijų.