Podul Einstein-Rosen

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Calea în interiorul unei găuri de vierme hiper, unde spațiul se îndoaie până se închide în sine și apoi se reexpandă și curge în viitor.
Reprezentarea bidimensională a unei găuri de vierme .

Un pod Einstein - Rosen sau un tunel spațiu-timp , cunoscut și sub numele de gaură de vierme (în italiană literalmente „gaură de vierme”), este o caracteristică topologică ipotetică a spațiu-timpului .

Gaura de vierme este deseori numită tunel gravitațional , evidențiind dimensiunea gravitațională care este strâns interconectată cu celelalte două dimensiuni : spațiul și timpul. Această singularitate gravitațională și / sau spațiu-timp, dacă preferați, are cel puțin două capete, conectate la o singură galerie sau tunel, permițând materialului să se deplaseze de la un capăt prin orificiul central.

fundal

Primul om de știință care a teorizat existența găurilor de vierme a fost Ludwig Flamm în 1916 . În acest sens, ipoteza tunelului gravitațional este o actualizare a teoriei din secolul al XIX-lea a unei a patra dimensiuni spațiale care a presupus - de exemplu pentru un corp toroidal dat, în care se găsesc cele trei dimensiuni spațiale perceptibile în mod obișnuit - o a patra dimensiune spațială care ar scurta distanțele și, astfel, timpii călătoriei. Această noțiune inițială a fost modelată mai științific în 1921 de matematicianul Hermann Weyl în raport cu analizele sale de masă în ceea ce privește energia unui câmp electromagnetic . [1]

În prezent teoria șirurilor admite existența altor 3 dimensiuni spațiale și nu a 4 (vezi hiperspațiul ), dar celelalte dimensiuni spațiale ar fi contractate sau compactate pe baza unor scări subatomice (conform teoriei Kaluza-Klein ) pentru care pare imposibil să exploatați astfel de dimensiuni spațiale pentru a călători în spațiu și timp.

Originea numelui

Termenul englezesc wormhole a fost inventat de fizicianul teoretic american John Archibald Wheeler în 1957.

"Această analiză ne obligă să luăm în considerare situațiile ... în care există un flux net de linii de forță prin ceea ce topologii ar numi o soluție pentru spațiul conectat în mod multiplu și că fizicienii ar putea fi probabil scuzați pentru că numesc în mod viu o" gaură de vierme "."

( John Wheeler în Annals of Physics )

Analogia utilizată pentru a explica conceptul exprimat de termenul gaură de vierme este următoarea: imaginați-vă că universul este un măr și că un vierme călătorește pe suprafața sa. Distanța dintre două puncte opuse ale mărului este egală cu jumătate din circumferința sa dacă viermele se mișcă pe suprafața mărului, dar dacă în schimb sapă o gaură prin mărul însuși, distanța pe care trebuie să o parcurgă pentru a ajunge la acel punct particular devine mai puțin. Gaura prin măr reprezintă tunelul spațiu-timp.

Tipuri de tuneluri spațiu-timp

  • Tunelurile spațiu-timp intrauniversale ar conecta o locație cu alta în același univers. Un tunel gravitațional ar trebui să poată conecta punctele îndepărtate din univers prin intermediul unor deformări spațiu-timp, permițându-le astfel să călătorească între ele în mai puțin timp decât o călătorie normală.
  • Tunelurile spațiu-timp interunivers sau găurile de vierme Schwarzschild ar conecta un univers la altul. Speculativ vorbind, astfel de tuneluri ar putea fi folosite pentru a călători dintr-un univers în alt paralel sau pentru a călători în timp. În acest din urmă caz, ar fi o scurtătură pentru a trece de la un punct spațiu-timp la altul diferit. În teoria șirurilor, o gaură de vierme este vizualizată ca conexiune între două D-branuri, unde gurile sunt asociate cu branurile și sunt conectate printr-un tub de curgere. Se crede că găurile de vierme fac parte din spuma cuantică sau spațiu-timp.

Altă clasificare:

  • Găuri de vierme euclidiene, studiate în fizica particulelor.
  • Găurile de vierme Lorentz sunt studiate în principal în relativitatea generală și gravitația semiclasică.
    • Găurile de vierme traversabile sunt tipuri speciale de găuri de vierme Lorentz care ar permite unui om să călătorească de la un capăt la altul al tunelului.

Pentru moment, există teoretic diferite tipuri de găuri de vierme, care sunt în principal soluții matematice la problemă:

  • presupusa gaură de vierme Schwarzschild produsă de o gaură neagră Schwarzschild este considerată insurmontabilă;
  • presupusa gaură de vierme formată dintr-o gaură neagră Reissner-Nordström sau Kerr-Newman, ar putea fi depășită, dar într-o singură direcție, putând conține o gaură de vierme Schwarzschild;
  • gaura de vierme Lorentz are masă negativă și se presupune că poate fi depășită în ambele direcții (trecut și viitor).

Pasajele spațiu-timp ale lui Schwarzschild

Diagrama încorporată a unei găuri de vierme Schwarzschild.

Tunelurile spațiu-timp lorentziene cunoscute sub numele de tuneluri spațiu-timp ale lui Schwarzschild sau podul Einstein-Rosen sunt conexiuni între ariile spațiului care pot fi modelate ca soluții de vid în ecuațiile de câmp ale lui Einstein prin combinarea modelelor de gaură neagră și gaură albă . Această soluție a fost descoperită de Albert Einstein și colegul său Nathan Rosen , care au publicat rezultatul pentru prima dată în 1935. În 1962 John Archibald Wheeler și Robert W. Fuller au publicat un eseu care arată că acest tip de gaură de vierme este instabil și că s-ar închide instantaneu ca imediat ce se formează, împiedicând chiar și lumina să treacă prin ea.

Anterior, problemele de stabilitate ale găurilor de vierme ale lui Schwarzschild erau evidente; s-a propus ca quasarii să fie găuri albe care formează capetele acestor tipuri de găuri de vierme .

Crossability

Găurile de vierme traversabile lorentziene ar permite unei persoane să călătorească dintr-o parte a aceluiași univers în alta foarte repede sau să călătorească dintr-un univers în altul. Posibilitatea găurilor de vierme care pot fi parcurse în ceea ce privește relativitatea generală a fost ipotezată pentru prima dată de Kip Thorne împreună cu studentul său absolvent Mike Morris , într-un document din 1988; din acest motiv, gaura de vierme propusă, deschisă prin intermediul unei cochilii sferice de materie exotică , se numește gaura de vierme Morris-Thorne . Mai târziu, alte tipuri de găuri de vierme traversabile au fost sugerate ca soluții acceptabile la ecuațiile relativității generale, inclusiv o varietate analizată într-o lucrare din 1989 de Matt Visser, în care o cale prin gaura de vierme poate fi practicată fără a traversa o regiune de materie exotică. Cu toate acestea, în versiunea originală a teoriei Gauss-Bonnet , materia exotică nu ar fi necesară pentru a exista găuri de vierme . [2] Un tip ținut deschis de masa exotică a fost propus de Visser în colaborare cu John G. Cramer și colab. , afirmând că astfel de găuri de vierme ar fi putut fi create în mod natural în universul timpuriu. [3]

Într-o lucrare din 1988, Morris, Thorne și Yurtsever au căutat în mod explicit să înțeleagă cum se poate converti o gaură de vierme care traversează spațiul într-un singur timp de traversare. [4]

Baza teoretica

Definiție

Noțiunea de bază a unui tunel spațiu - timp intrauniversal (conectând cel puțin două sau mai multe puncte din același univers) este că este o regiune compactă a spațiu-timp , a cărui graniță este nesemnificativă din punct de vedere topologic, dar al cărui interior nu este pur și simplu conectat . Formalizarea acestei idei duce la definiții precum următoarele, preluate din găurile de vierme Lorentziene ale lui Matt Visser.

„Dacă un spațiu-timp Minkowski conține o regiune compactă Ω și dacă topologia lui Ω este de forma Ω ~ R x Σ, unde Σ este o topologie tridimensională netrivială , a cărei limită are o topologie de forma dΣ ~ S 2 , și dacă, în plus, hipersuprafețele Σ sunt toate de tip spațial , atunci regiunea Ω conține un tunel intrauniversic cvasipermanent. "

Descriind tunele inter-univers (care se conectează cel puțin două sau mai multe universuri paralele) este mai dificil. De exemplu, ne putem imagina un univers nou-născut conectat la „părintele” său prin intermediul unui „cordon ombilical” strâns. Cordonul ombilical poate fi considerat ca fiind gâtul de sticlă al vizuinei, dar spațiul-timp este pur și simplu conectat.

Plauzibilitate

Se știe că găurile de vierme Lorentz sunt admisibile în relativitatea generală, dar posibilitatea fizică a acestor soluții este incertă. Mai mult, nu se știe dacă teoria gravitației cuantice , obținută prin condensarea relativității generale în mecanica cuantică, ar permite aceste fenomene să existe. Majoritatea soluțiilor cunoscute ale relativității generale, care permit existența găurilor de vierme traversabile , necesită existența unui anumit tip de materie exotică care are densitate de energie negativă. Cu toate acestea, acest lucru nu a fost dovedit matematic ca fiind o cerință absolută pentru acest tip de gaură de vierme .

O soluție la ecuațiile relativității generale ale lui Einstein (cum ar fi cea făcută de L. Flamm) care ar putea face posibilă existența unei găuri de vierme fără cerința unei materii exotice nu a fost încă verificată. Mulți fizicieni, inclusiv Stephen Hawking (veziconjectura sa deprotecție cronologică ), sunt de părere că, din cauza paradoxurilor care ar fi implicate de călătoria în timp printr-un tunel gravitațional, există ceva fundamental în legile fizicii care împiedică astfel de fenomene (vezi cenzura cosmică ).

Metric

Teoriile metricelor Wormhole descriu geometria spațiu-timp a unei găuri de vierme și servesc drept modele teoretice pentru călătoria în timp. Un exemplu de metrică de vierme ( traversabilă ) este după cum urmează:

Un tip de metrică de găuri de vierme care nu poate fi traversată este soluția Schwarzschild

Cea mai generală valoare a găurilor de vierme traversabile este:

unde a este o funcție finită peste tot a lui r. [5]

Găuri de timp

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Călătoria în timp .
Interpretarea artistică a unei găuri de vierme așa cum ar trebui să fie văzută de un observator care traversează orizontul de evenimente al unei găuri de vierme Schwarzschild , care este similar cu o gaură neagră Schwarzschild, dar cu particularitatea de a avea regiunea unde singularitatea gravitațională (în cazul gaură) o cale instabilă către o gaură albă existentă într-un alt univers (vezi și Multivers ). Această nouă regiune este totuși inaccesibilă în cazul unei găuri de vierme Schwarzschild, deoarece puntea dintre găurile albe și negre se va prăbuși întotdeauna înainte ca observatorul să aibă timp să o traverseze. [6]

În mod ipotetic, un pod Einstein-Rosen ar putea permite călătoria în timp prin accelerarea unui capăt al găurii de vierme față de celălalt și apoi aducerea acestuia înapoi. Dilatarea relativistică a timpului ar duce la accelerarea unui timp mai scurt pentru gura găurii de vierme , comparativ cu cel care a rămas staționar, ceea ce înseamnă că tot ceea ce a trecut prin gura staționară ar ieși din cea accelerată într-un timp anterior. Intrare. Calea printr -o astfel de gaură de vierme se numește curbă de timp închisă spațiu - timp, și o gaură de vierme cu această caracteristică este uneori numit timehole sau „gaură de timp“.

De exemplu, luați în considerare două ceasuri pentru ambele guri care prezintă aceeași dată: 2000. După ce ați călătorit la viteze relativiste, gura accelerată este returnată în aceeași regiune ca cea staționară, cu ceasul gurii accelerat citind 2005, în timp ce ceasul acelei staționare citește 2010. Un călător intrat prin gura accelerată în acest moment ar ieși din staționar când ceasul său citește și 2005, în aceeași regiune, dar acum cu cinci ani în trecut. O astfel de configurație de gaură de vierme ar permite unei linii de lume a particulelor formeze un cerc închis în spațiu-timp, cunoscut sub numele de curbă de timp închisă .

Cu toate acestea, se crede că nu este posibil să se convertească o gaură de vierme într-o mașină a timpului în acest mod; unele modele matematice indică faptul că un circuit retroactiv de particule virtuale ar circula în orificiul de timp cu intensitate crescândă, distrugându-l înainte ca orice informație să poată trece prin el. Acest lucru a fost pus în discuție de sugestia că radiația se va dispersa după ce a călătorit prin gaura de vierme , prevenind astfel acumularea infinită. Dezbaterea pe acest subiect este descrisă de Kip S. Thorne în cartea Black Holes and Time Jumps și probabil ar necesita rezolvarea unei teorii a gravitației cuantice .

Călătorie hipotetică superluminală

Găurile de vierme ar putea permite în mod speculativ deplasarea superluminală, asigurându-se că viteza luminii nu este depășită local în permanență, o limită fizică prezisă de relativitatea specială, deoarece călătoria prin gaura de vierme este încă efectuată la viteza subluminală , adică mai mică decât viteza luminii. De fapt, dacă două puncte sunt conectate printr-o gaură de vierme , timpul necesar pentru a o traversa ar fi mai mic decât timpul necesar unei raze de lumină care traversează spațiul dintre cele două puncte din afara găurii de vierme . Prin analogie, alergarea pe partea unui munte la viteza maximă posibilă ar dura mai mult decât trecerea printr-un tunel sub munte la o viteză mai mică. Puteți merge încet și ajunge mai devreme, deoarece distanța este mai mică.

Călătorii ipotetice în timp și paradoxuri

Conform teoriei relativității generale a lui Einstein, cu cât un obiect se mișcă mai repede, cu atât timpul va trece mai lent. Dacă, de exemplu, intrarea unei găuri de vierme rămâne nemișcată și ieșirea sa se mișcă la 99,99% din viteza luminii, după 48 de ore de intrare, vor fi trecut doar 28 de minute la ieșire: aceasta înseamnă că pentru observator va fi trecut 28 de minute, dar universul din jur va evolua cu 48 de ore. Într-o linie pur teoretică, generând o gaură de vierme și variind viteza de mișcare a punctului său de ieșire, s-ar avea posibilitatea de a călători în viitor: dacă „fântâna albă”, ieșirea, s-ar deplasa în mod ideal la viteze mai mari decât cea a lumina ar fi capabilă să „depășească” lumina în sine și să atingă punctele din universul atins de ea cu mult timp în urmă; care s-ar traduce deci într-o călătorie în trecut.

O călătorie ipotetică în trecut și o serie consecventă de acțiuni întreprinse de călător ar conduce totuși la unele paradoxuri, prezentate mai jos.

Conjectură de protecție cronologică

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Conjectură de protecție cronologică .

Aceste paradoxuri și toate variantele posibile care pot apărea din ele, neagă posibilitatea existenței călătoriei în timp, având în vedere absurditatea situațiilor care ar avea loc. O teorie utilizată de mulți oameni de știință, preluată și în numeroase lucrări de ficțiune, este cea a universurilor paralele : călătorul, în ambele paradoxuri descrise mai sus, nu s-ar fi mișcat înapoi în propria sa cronologie, ci ar fi atins o dimensiune paralelă cu un linie cronologică, în sine, modificată de el fără cel mai mic efect pe cont propriu.

O altă teorie mult discutată este așa-numita „cenzură cosmică” (conjectură de protecție cronologică ), conform căreia va avea loc întotdeauna un eveniment care îl va împiedica pe călător să modifice cursul evenimentelor. În exemplele de mai sus, aceasta ar putea include un polițist care ar fi arestat călătorul înainte de a-l ucide pe bunicul său, sau o foaie care ar face ca cartea primită în dar de la viitorul scriitor să cadă într-un șemineu aprins.

Găuri de vierme în science fiction

Găurile de vierme , pentru presupusa lor capacitate de a face posibilă călătoria între punctele foarte îndepărtate ale cosmosului, sunt un element narativ foarte folosit în știința-ficțiune .

O metodă conexă de călătorie care vă permite să depășiți viteza luminii , care apare adesea în science fiction și în special în opera spațială , este „jump driving”, care poate împinge o navă spațială între două „puncte de salt” predeterminate, care conectează sistemele solare. . Conectarea sistemelor solare cu o astfel de rețea are ca rezultat un „sol” fix care poate fi utilizat pentru construirea diferitelor parcele.

Povestiri

Isaac Asimov folosește expedientul saltului în timp în romanul Pariah of the Skies (1950), în timp ce nu folosește numele de gaură de vierme pentru a se referi la gaura de timp care se deschide în fața lui Joseph Shwartz, protagonistul, care este catapultat în timp de milenii.

Găurile de vierme sunt punctul central al romanului Contact al lui Carl Sagan (1985), pentru care Kip Thorne l-a sfătuit pe Sagan cu privire la posibilitatea găurilor de vierme . Un film cu același nume din 1997 a fost realizat din romanul lui Sagan.

În anii nouăzeci , găurile de vierme s-au regăsit în centrul dipticului terenului de vânătoare (Earth Hunted, 1990 și 1994) scriitorul american Roger MacBride Allen .

Film și televiziune

În seria de televiziune Călători , se găsește o metodă de a crea găuri de vierme care permit călătoria nu între diferite puncte din univers, ci între universuri paralele ; obiectele și oamenii care călătoresc prin gaura de vierme pleacă și ajung în același punct geografic și cronologic, dar într-una din multele dimensiuni paralele. Această serie presupune că realitatea există ca parte a unui multivers și se întreabă ce s-ar fi întâmplat dacă evenimentele mari sau mici din istorie s-ar fi desfășurat diferit ( ukronia ); aceste alegeri dau viață universurilor alternative în care este așezată seria. Premise similare sunt folosite în episodul Universuri paralele din seria TV Star Trek: The Next Generation .

Setarea serialului de televiziune Star Trek: Deep Space Nine este cea a unei stații spațiale situate lângă o gaură de vierme stabilă în spațiu pe planeta Bajor , care se conectează cu cadranul Gamma îndepărtat al galaxiei noastre. Gaura de vierme este, de asemenea, populată de entități misterioase extradimensionale care, cu numele de „ Profeții din Bajor ”, au fost întotdeauna obiectul venerației religioase a poporului Bajoran.

Găurile de vierme sunt apoi principiul de bază pe care se dezvoltă intriga filmului Stargate și a serialului TV derivat Stargate SG-1 , Stargate Atlantis și Stargate Universe . Stargates sunt dispozitive antice construite de o rasă străină străveche și împrăștiate pe Calea Lactee și alte galaxii, în încercarea de a crea o rețea de schimb care să călătorească rapid de la o planetă la alta fără a fi nevoie să recurgă la vase spațiale puternice.

În filmul de groază science-fiction Point of No Return (1997), Dr. William Weir ( Sam Neil ) ilustrează conceptul de gaură de vierme membrilor echipajului navei aerospațiale Lewis și Clark ; echipa de astronautică este angajată în misiunea de salvare și recuperare a Event Horizon , o navă spațială care a reapărut pe radar la câțiva ani după ultima vizionare; gaura de vierme este teoria din spatele tehnologiei top-secret (science fiction) a dispozitivului de transfer gravitațional instalat pe acea navă spațială: prin crearea unei găuri negre artificiale sau prin provocarea unei curburi foarte rapide și masive a spațiului , dispozitivul ar fi făcut două punctele coincid altfel la ani lumină distanță în spațiu, producând astfel un tunel gravitațional traversabil și permițând deplasarea interstelară la viteza superluminală efectivă; cu toate acestea, cursul complotului va dezvălui că trecerea prin gaura de vierme a sfidat în schimb această predicție transportând Orizontul evenimentelor într-o dimensiune paralelă întunecată care a „vrăjit” nava spațială înainte de a intra din nou.

În filmul Sphere din 1998, protagoniștii descoperă că presupusa navă extraterestră situată la 300 de metri sub Oceanul Pacific nu este altceva decât o navă spațială americană de la mijlocul secolului XXI, care intrase într-o gaură de vierme și se întorsese în timp. De aproximativ 300 de ani, exact în 1709, căzând pe fundul oceanului.

O gaură de vierme este, de asemenea, baza scenariului pentru filmul lui Richard Kelly Donnie Darko (2001).

În filmul Jumper - Without Borders , așa-numiții Jumpers folosesc găuri de vierme pentru a se teleporta în orice parte a lumii.

În filmul Thor (2011), zeii asgardieni folosesc podul Bifrǫst pentru a călători între cele nouă tărâmuri ale universului: pe Pământ, omul de știință Jane Foster crede că acest mijloc de transport este un posibil pod Einstein-Rosen.

În filmul interstelar al lui Christopher Nolan , protagoniștii merg în căutarea de noi lumi interstelare călătorind printr-o gaură de vierme .

În seria TV Fringe , găurile de vierme sunt folosite pentru tranziția dintre cele două universuri paralele, iar în ultima parte a celui de-al cincilea sezon a fost folosit pentru a călători în 2157 pentru a schimba cursul evenimentelor.

În serialul TV The Big Bang Theory , în cel de-al optulea episod din al șaselea sezon, Howard și Raj descoperă că Sheldon dispare întotdeauna la aceeași oră în fiecare zi și dispare într-un dulap. În interior este o tablă cu „43” scrisă pe ea. Cei doi, apoi, pentru a înțelege semnificația acelui număr, instalează o cameră; dar Sheldon o descoperă și a manipulat videoclipul, înlocuind filmările originale cu altul, unde testează cu un generator de găuri de vierme din propria invenție care îi permite să creeze portaluri către universuri paralele.

Intriga serialului de televiziune german Dark se concentrează pe călătoria înainte și înapoi în timp, posibilă de o gaură de vierme.

Notă

  1. ^ (EN) Korte Coleman, Raum - Zeit - Hermann Weyl's materials and a General Introduction to His Scientific Work, p. 199.
  2. ^ (EN) Elias Gravanis și Steven Willison, „Masă fără masă” din coji subțiri în gravitația Gauss-Bonnet , în Phys. Rev. D75 , ianuarie 2007, DOI : 10.1103 / PhysRevD.75.084025 .
  3. ^ (EN) John G. Cramer, Robert L. Forward, Michael S. Morris, Matt Visser, Gregory Benford și Geoffrey A. Landis, Natural Wormholes as Gravitational Lenses , în Phys. Rev. D51 , 1995, pp. 3117-3120, DOI : 10.1103 / PhysRevD.51.3117 .
  4. ^ (EN) M. Morris, K. Thorne și U. Yurtsever, Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition in Phy. Rev. 61 , 13 septembrie 1988, pp. 1446-1449, DOI : 10.1103 / PhysRevLett.61.1446 .
  5. ^ Copie arhivată ( PDF ), la physics.uofl.edu . Adus pe 29 august 2014 (arhivat din original la 1 iulie 2011) .
  6. ^ (EN) White Holes and Wormholes pe casa.colorado.edu (depus de „Original url 12 octombrie 2011).

Bibliografie

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

Controllo di autorità LCCN ( EN ) sh2004010731 · GND ( DE ) 1141807319 · BNF ( FR ) cb159222287 (data)