- Mi az űridő?
- Az alagutak a téridőn keresztül
- A féreglyukak instabilitása
- Különbségek a fekete lyukak és a féreglyukak között
- A féreglyukak fajtája / típusai
- Látnak-e valaha féreglyukakat?
- Irodalom
A féreglyuk asztrofizikában és kozmológiában egy átjáró, amely két pontot összeköt a tér-idő szövetében. Csakúgy, mint a csökkenő alma ihlette Isaac Newton gravitációs elméletét 1687-ben, az almákat átszúró férgek új elméleteket inspiráltak, szintén a gravitáció keretében.
Ahogyan a féreg egy alagúton keresztül eljut az alma felületének másik pontjához, a téridőben féreglyukak elméleti hivatkozások, amelyek lehetővé teszik, hogy rövidebb idő alatt eljuthasson az univerzum távoli részeire.
Tér-idő féreglyuk: művészi látás. Forrás: Pixabay.
Ez egy ötlet, amely megragadta és továbbra is megragadja sok ember képzeletét. Eközben a kozmológusok elfoglaltan keresik a létezés bizonyításának módjait. De jelenleg még mindig a spekuláció tárgya.
Ahhoz, hogy kissé közelebb kerüljünk a féreglyukak megértéséhez, az időn keresztüli áthaladásukhoz és a féreglyukak és a fekete lyukak közötti különbségekhez, meg kell vizsgálnunk a téridő fogalmát.
Mi az űridő?
A tér-idő fogalma szorosan kapcsolódik a féreglyuk fogalmához. Ezért kell először megállapítani, mi ez és mi a fő jellemzője.
Az űridő az, ahol az univerzumban minden esemény bekövetkezik. Az univerzum viszont a tér-idő összessége, amely képes az anyag-energia minden formájának befogadására és még sok másra…
Amikor a vőlegény találkozik a menyasszonnyal, ez egy esemény, de ennek az eseménynek térbeli koordinátái vannak: a találkozó helye. És időbeli koordinátát: a találkozó évét, hónapját, napját és időpontját.
A csillag születése vagy a szupernóva robbanása szintén olyan esemény, amely a téridőben zajlik.
A világegyetem tömegtől és kölcsönhatásoktól mentes térségében az űridő sík. Ez azt jelenti, hogy két párhuzamosan kezdődő fénysugár így folytatódik, mindaddig, amíg a régióban maradnak. Mellesleg, a fény sugara számára az idő örök.
A tér-idő természetesen nem mindig lapos. Az univerzum olyan tárgyakat tartalmaz, amelyek tömege módosítja a tér-időt, és ezáltal a tér-idő görbületét okozza egyetemes skálán.
Maga Albert Einstein az inspiráció pillanatában rájött, hogy „életem legboldogabb ötletének” hívja, hogy a gyorsított megfigyelő lokálisan megkülönböztethető attól, amely közel áll egy hatalmas tárgyhoz. Ez a híres ekvivalencia elv.
És egy gyorsított megfigyelő meghajolja a tér-időt, azaz az euklideszi geometria már nem érvényes. Ezért egy hatalmas tárgy, például csillag, bolygó, galaxis, fekete lyuk vagy maga az univerzum környezetében a tér-idő meghajlik.
Az emberi lények ezt a görbületet gravitációnak nevezett erőként érzékelik, mindennapi, de ugyanakkor rejtélyes.
A gravitáció ugyanolyan rejtélyes, mint az az erő, amely előrehúz minket, amikor a busz, amelyben utazunk, hirtelen fékez. Olyan, mintha hirtelen valami láthatatlan, sötét és hatalmas néhány pillanatig előrejön, és vonzza minket, hirtelen előre hajtva.
A bolygók elliptikusan mozognak a Nap körül, mert tömege nyomást gyakorol a tér-idő felületén, ami a bolygók görbéjéhez vezet. A fénysugár meghajlik az utat is a Nap által a tér-idő depresszió következtében.
Az alagutak a téridőn keresztül
Ha a tér-idő ívelt felület, akkor elvileg semmi sem akadályozza meg, hogy az egyik terület az alagúton keresztül kapcsolódjon a másikhoz. Az ilyen alagúton történő átutazás nemcsak a helyek megváltoztatását vonná maga után, hanem lehetőséget kínál arra, hogy másik időpontra is menjen.
Ez az ötlet inspirálta számos tudományos fantasztikus könyvet, sorozatot és filmet, köztük a híres 1960-as évek amerikai sorozatát, az "Az Idő alagút" és a közelmúltban a "Deep Space 9" -et a Star Trek franchise-ból és a 2014-es Interstellar filmet.
Az ötlet magától Einsteintől származik, aki megoldásokat keresett az általános relativitáselméleti terepi egyenletekre, és Nathan Rosen-nal közösen talált egy elméleti megoldást, amely lehetővé tette a tér-idő két különböző régiójának összekapcsolását egy alagútban, amely parancsikonként működött.
Ezt a megoldást Einstein - Rosen hídként ismerték, és megjelenik egy 1935-ben közzétett munkában.
A "féreglyuk" kifejezést azonban 1957-ben használták először, az elméleti fizikusoknak, John Wheelernek és Charles Misnernek köszönhetően az adott év kiadványában. Korábban az „egydimenziós csövekről” beszélték, hogy ugyanazon ötletre utaljanak.
Később 1980-ban Carl Sagan a „Kapcsolat” című sci-fi regényt írta, amelyet később filmmé alakítottak. Az Elly nevű főszereplő intelligens földönkívüli életet fedez fel 25 ezer fényévnyire. Carl Sagan azt akarta, hogy Elly odautazzon, de tudományosan hiteles módon.
A 25 ezer fényév távolságra történő utazás nem könnyű feladat az ember számára, hacsak nincs parancsikont keresve. A fekete lyuk nem lehet megoldás, mivel a szingularitás megközelítésekor a differenciális gravitáció széttöredezi az űrhajót és annak legénységét.
Más lehetőségek keresése érdekében Carl Sagan konzultált a korszak egyik fekete fekete lyukakkal foglalkozó szakértőjével: Kip Thorne-vel, aki elgondolkodni kezdett az ügyben, és rájött, hogy az Einstein-Rosen hidak vagy a féreglyukak A Wheeler volt a megoldás.
Thorne ugyanakkor rájött, hogy a matematikai megoldás instabil, azaz az alagút kinyílik, de hamarosan megfojtódik és eltűnik.
A féreglyukak instabilitása
Használható féreglyukak nagy távolságok megtételéhez térben és időben?
A féreglyukakat feltalálásuk óta számos tudományos fantasztikus parcellán szolgálják fel, hogy főszereplőiket távoli helyekre vigyék és a nemlineáris idő paradoxonjait megtapasztalják.
Kip Thorne két lehetséges megoldást talált a féreglyukak instabilitása problémájára:
- Az úgynevezett kvantumhapon keresztül. A Planck-skála (10-35 m) kvantumingadozásokkal rendelkezik, amelyek képesek a tér-idő két régióját a mikrotuncsakon keresztül összekötni. Egy hipotetikus, nagyon fejlett civilizáció megtalálhatja a módját a folyosók kiszélesítésére és elég hosszú ideig tartására, hogy az ember áthaladjon.
- Negatív tömeg. Maga Thorne által 1990-ben közzétett becslések szerint hatalmas mennyiségű idegen anyag szükséges a féreglyuk végének nyitva tartásához.
A legfontosabb dolog ebben az utolsó megoldásban az, hogy a fekete lyukaktól eltérően nincs szingularitás vagy kvantum jelenség, és az emberek ilyen típusú alagutakon való áthaladása megvalósítható lenne.
Ily módon a féreglyukak nemcsak lehetővé tennék az űrben lévő távoli régiók összekapcsolását, hanem időben is elválasztódnának egymástól. Ezért ezek az időben történő utazáshoz szükséges gépek.
Stephen Hawking, a kozmológia nagy referenciája a 20. század végén nem hitte, hogy a féreglyukak vagy az időgépek megvalósíthatók a belőlük rejlő sok paradoxon és ellentmondás miatt.
Ez nem tompította más kutatók szellemét, akik azt sugallták, hogy a téridő különböző területein található két fekete lyuk belsőleg féreglyukkal van összekötve.
Noha ez nem lenne praktikus a tér-idő utazás során, mivel a fekete lyukba való szingularitás belépése által okozott nyomorúságokon kívül, a másik végén nem lehet kilépni, mivel ez egy másik fekete lyuk.
Különbségek a fekete lyukak és a féreglyukak között
Ha féreglyukról beszélsz, akkor azonnal a fekete lyukakra is gondolsz.
Természetesen egy fekete lyuk alakul ki egy csillag evolúciója és halála után, amelynek bizonyos kritikus tömege van.
Ez akkor fordul elő, amikor a csillag kimeríti a nukleáris üzemanyagot, és saját gravitációs ereje miatt visszafordíthatatlanul összehúzódni kezd. Könyörtelenül folytatja, amíg olyan összeomlást nem okoz, hogy az eseményhorizont sugarainál közelebb semmi sem tud menekülni, még a fény sem.
Összehasonlításképpen: egy féreglyuk ritka előfordulás, a hipotetikus anomália következménye a tér-idő görbületében. Elméletileg lehetséges átmenni rajtuk.
Ha azonban valaki megpróbálna átjutni egy fekete lyukon, az intenzív gravitáció és a szélsőséges sugárzás a szingularitás közelében közvetlen vékony szubatómás részecskékké változtatja.
Közvetlen és csak a közelmúltban közvetlen bizonyítékok vannak a fekete lyukak létezésére. Ezen bizonyítékok között szerepel a gravitációs hullámok kibocsátása és detektálása két kolosszális fekete lyuk vonzásával és forgatásával, amelyeket a LIGO gravitációs hullámmegfigyelő intézet észlel.
Bizonyítékok vannak arra, hogy egy hatalmas fekete lyuk létezik a nagy galaxisok központjában, mint például a Tejút.
A csillagok középpont közelében történő gyors forgása, valamint az onnan eredő nagyfrekvenciás sugárzás közvetett bizonyítéka annak, hogy van egy hatalmas fekete lyuk, amely magyarázza e jelenségek jelenlétét.
Éppen 2019. április 10-én mutatták be a világnak az első fényképet egy szupermasszív fekete lyukról (a Nap tömegének 7 milliárdszorosa), amely egy nagyon távoli galaxisban található: Messier 87, a Szűz csillagképben, 55 millióval. fényévek a Földtől.
A fekete lyukról ezt a fényképet a távcsövek világszintű hálózata, az úgynevezett "Event Horizon Telescope" tette lehetővé, világszerte több mint 200 tudós részvételével.
Másrészt a féreglyukakról eddig nincs bizonyíték. A tudósok képesek voltak felismerni és nyomon követni egy fekete lyukat, ám a féreglyukakkal ez nem volt lehetséges.
Ezért hipotetikus tárgyak, bár elméletileg megvalósíthatók, mivel a fekete lyukak is voltak.
A féreglyukak fajtája / típusai
Noha ezeket még nem fedezték fel, vagy talán éppen ezért, a féreglyukak különböző lehetőségeit elképzelték. Elméletileg mind megvalósíthatók, mivel kielégítik Einstein általános relativitáselméleti egyenleteit. Itt van néhány:
- Féreglyukak, amelyek ugyanazon világegyetem két tér-idő régióját összekötik.
- A féreglyukak, amelyek képesek egy univerzumot egy másik univerzummal összekötni.
- Einstein-Rosen hidak, amelyekben az anyag áthaladhat az egyik nyílásból a másikba. Bár az anyag ezen áthaladása instabilitást okozna, az alagút önmagában összeomlik.
- Kip Thorne féreglyuk, gömbhéjú, negatív tömegű anyaggal. Stabil és mindkét irányban átjárható.
- Az úgynevezett Schwarzschild féreglyuk, amely két összekapcsolt statikus fekete lyukból áll. Ezek nem mozgathatók, mivel az anyag és a fény mindkét szélsőség között csapdába esik.
- Terhelt és / vagy forgó vagy Kerr féreglyukak, amelyek két belsőleg összekapcsolt dinamikus fekete lyukból állnak, és csak egy irányban mozgathatók.
- A téridő kvantumhabja, amelynek létezését szubatómiai szinten elméletre állítják. A hab nagyon instabil szubatómiai alagutakból áll, amelyek a különböző zónákat összekötik. Stabilizálásukhoz és kiterjesztésükhöz szükség lenne egy kvark-gluon plazma létrehozására, amelynek létrehozásához szinte végtelen mennyiségű energia szükséges.
- A közelmúltban, a húr-elméletnek köszönhetően, a kozmikus vonóságok által támogatott féreglyukakat elmélet alakították ki.
- Összefonódott, majd elválasztott fekete lyukak, ahonnan tér-idő lyuk keletkezik, vagy Einstein-Rosen híd, amelyet a gravitáció tart össze. Ez egy elméleti megoldás, amelyet 2013. szeptemberében javasoltak a fizikusok Juan Maldacena és Leonard Susskind.
Mindegyik tökéletesen lehetséges, mivel nem ellentmondnak Einstein általános relativitáselmélet-egyenleteivel.
Látnak-e valaha féreglyukakat?
Sokáig a fekete lyukak elméleti megoldást jelentettek Einstein egyenleteire. Maga Einstein megkérdőjelezte annak lehetőségét, hogy az emberiség valaha is felfedezheti őket.
Albert Einstein (1879-1955), a relativitáselmélet szerzője. Forrás: Pixabay.
Tehát hosszú ideig a fekete lyukak maradtak elméleti jóslatként, mindaddig, amíg meg nem találták őket. A tudósok ugyanolyan reménykednek a féreglyukakkal szemben.
Nagyon valószínű, hogy ott vannak, de még nem tanultak meg, hogy megtalálják őket. Bár egy nemrégiben kiadott publikáció szerint a féreglyukak nyomokat és árnyékokat még távcsövekkel is megfigyelhetők lennének.
Úgy gondolják, hogy a fotonok a fúrólyuk körül mozognak, és világító gyűrűt generálnak. A legközelebbi fotonok belsejébe esnek, és árnyékot hagynak, amely lehetővé teszi megkülönböztetését a fekete lyukaktól.
Rajibul Shaikh, az indiai mumbaiiai Tata Alapvető Kutatási Intézet fizikusa szerint egy forgó féreglyuk nagyobb és megvetemedett árnyékot eredményezne, mint egy fekete lyuké.
Munkájában Shaikh megvizsgálta a fonó féreglyukak egy bizonyos osztálya által elméleti árnyékokat, összpontosítva a lyuk torkának döntő szerepét egy foton árnyék kialakulásában, amely lehetővé teszi annak azonosítását és megkülönböztetését a fekete lyuktól.
Shaikh elemezte az árnyék függőségét a féreglyuk forgásától, és összehasonlította azt egy fonó Kerr fekete lyuk által leadott árnyéval is, jelentős különbségeket találva. Teljesen elméleti munka.
Ezen kívül egyelőre a féreglyukak matematikai absztrakciók maradnak, de előfordulhat, hogy néhányat hamarosan észlelnek. A másik véglet jelenleg egyértelműen a sejtés tárgya.
Irodalom
- A kvantum összefonódása gravitációt eredményezhet. A Cienciaaldia.com oldalról vettük át
- A fizika fejlődése, 61. évfolyam, 2013. szeptemberi kiadás, 781–811. Oldal
- Féreglyuk. Átvett a wikipedia.org oldalról
- Téridő. Átvett a wikipedia.org oldalról.
- David Nield (2018). Az őrült új könyv azt javasolja, hogy a féreglyukak árnyékokat vetjenek fel, amelyeket könnyű látni a távcsövekkel. Készült a sciencealert.com webhelyről