Жұлдызды ғалам көптеген жұмбақтарға толы. Эйнштейн жасаған жалпы салыстырмалылық теориясына (GR) сәйкес, біз төрт өлшемді кеңістік-уақытта өмір сүреміз. Ол қисық, ал бәрімізге таныс ауырлық күші осы қасиеттің көрінісі. Материя иіліп, айналасындағы кеңістікті «иеді» және неғұрлым көп болса, соғұрлым ол тығызырақ болады. Кеңістік, кеңістік және уақыт өте қызықты тақырыптар. Осы мақаланы оқығаннан кейін сіз олар туралы жаңа нәрсе білетін боласыз.
Қисықтық идеясы
Гравитацияның көптеген басқа теориялары, олардың бүгінде жүздегені бар, жалпы салыстырмалылық теориясынан егжей-тегжейлі ерекшеленеді. Дегенмен, барлық осы астрономиялық гипотезалар ең бастысы - қисықтық идеясын сақтайды. Егер кеңістік қисық болса, онда ол, мысалы, көптеген жарық жылдарымен бөлінген аймақтарды байланыстыратын құбырдың пішінін қабылдауы мүмкін деп болжауға болады. Және, мүмкін, тіпті бір-бірінен алыс дәуірлер. Өйткені, біз ғарышты қарастырған кезде бізге таныс кеңістік туралы емес, кеңістік-уақыт туралы айтып отырмыз. Ондағы тесікбелгілі бір жағдайларда ғана пайда болады. Біз сізді құрт тесіктері сияқты қызықты құбылысты мұқият қарауға шақырамыз.
Құрт тесіктері туралы алғашқы идеялар
Тұңғиық ғарыш пен оның құпиялары сізді қызықтырады. Қисықтық туралы ойлар GR жарияланғаннан кейін бірден пайда болды. Австрия физигі Л. Фламм 1916 жылы кеңістіктік геометрия екі дүниені байланыстыратын саңылау түрі түрінде өмір сүре алатынын айтқан. Математик Н. Розен мен А. Эйнштейн 1935 жылы гравитациялық өрістерді тудыратын оқшауланған электр зарядталған немесе бейтарап көздерді сипаттайтын жалпы салыстырмалылық шеңберіндегі теңдеулердің қарапайым шешімдерінің кеңістіктік «көпір» құрылымы бар екенін байқады. Яғни, олар екі ғаламды, екі дерлік жазық және бірдей кеңістік-уақытты байланыстырады.
Кейінірек бұл кеңістіктік құрылымдар «құрт тесіктері» деп аталды, бұл ағылшын тіліндегі wormhole сөзінің біршама бос аудармасы. Оның жақынырақ аудармасы «құрт тесігі» (кеңістікте). Розен мен Эйнштейн тіпті осы «көпірлерді» олардың көмегімен элементар бөлшектерді сипаттау үшін пайдалану мүмкіндігін жоққа шығармады. Шынында да, бұл жағдайда бөлшек таза кеңістіктік формация болып табылады. Сондықтан зарядтың немесе массаның көзін арнайы модельдеудің қажеті жоқ. Ал алыстағы сыртқы бақылаушы, егер құрт тесігінің микроскопиялық өлшемдері болса, осы кеңістіктердің бірінде болғанда заряды мен массасы бар нүкте көзін ғана көреді.
Эйнштейн-Розен «көпірлері»
Электр күш сызықтары шұңқырға бір жағынан кіреді, ал екінші жағынан олар еш жерде аяқталмай немесе басталмай шығады. Осы орайда американдық физик Дж. Уилер «зарядсыз заряд» және «массасыз масса» алынады деген. Бұл жағдайда көпір екі түрлі ғаламды байланыстыруға қызмет етеді деп санаудың қажеті жоқ. Құрт тесігінің екі «аузы» бір ғаламға, бірақ оның әр түрлі уақытта және әр түрлі нүктелерінде шығады деген болжам одан кем орынды болар еді. Тегіс дерлік таныс әлемге тігілген болса, қуыс «тұтқаға» ұқсайтын нәрсе шығады. Күш сызықтары ауызға енеді, оны теріс заряд деп түсінуге болады (электронды айталық). Олар шығатын аузында оң заряд (позитрон) болады. Ал бұқараға келетін болсақ, олар екі жақта бірдей болады.
Эйнштейн-Розен «көпірлерінің» пайда болу шарттары
Бұл сурет өзінің барлық тартымдылығына қарамастан, көптеген себептерге байланысты бөлшектер физикасында орын алған жоқ. Микроәлемде таптырмайтын Эйнштейн-Розен «көпірлеріне» кванттық қасиеттерді жатқызу оңай емес. Мұндай «көпір» бөлшектердің (протондар немесе электрондар) зарядтары мен массаларының белгілі мәндері үшін мүлдем түзілмейді. Оның орнына «электрлік» шешім «жалаңаш» ерекшелікті, яғни электр өрісі мен кеңістіктің қисықтығы шексіз болатын нүктені болжайды. Мұндай нүктелерде тұжырымдамаКеңістік-уақыт, тіпті қисықтық жағдайда да, мағынасын жоғалтады, өйткені мүшелерінің шексіз саны бар теңдеулерді шешу мүмкін емес.
GR қашан орындалмайды?
Өздігінен OTO оның қашан жұмысын тоқтататынын нақты көрсетеді. Мойында, «көпірдің» ең тар жерінде байланыс тегістігінің бұзылуы байқалады. Және бұл өте маңызды емес екенін айту керек. Алыстағы бақылаушының позициясынан уақыт осы мойынға тоқтайды. Розен мен Эйнштейн жұлдыру деп ойлаған нәрсе енді қара құрдымның оқиға көкжиегі ретінде анықталады (зарядталған немесе бейтарап). «Көпірдің» әртүрлі жағындағы сәулелер немесе бөлшектер көкжиектің әртүрлі «қималарына» түседі. Ал оның сол және оң жақ бөліктерінің арасында, салыстырмалы түрде айтқанда, статикалық емес аймақ бар. Аймақтан өту үшін одан өтпеу мүмкін емес.
Қара тесіктен өту мүмкін емес
Салыстырмалы түрде үлкен қара құрдымның көкжиегіне жақындап келе жатқан ғарыш кемесі мәңгілікке қатып қалатын сияқты. Одан сигналдар азырақ және сирек жетеді … Керісінше, кеме сағатына сәйкес көкжиекке шектеулі уақытта жетеді. Кеме (жарық шоғы немесе бөлшек) оның жанынан өткенде, ол көп ұзамай ерекшелікке түседі. Бұл жерде қисықтық шексіз болады. Ерекшелікте (әлі соған бара жатқанда) ұзартылған дене еріксіз жыртылып, жаншылады. Бұл қара дыры жұмысының шындығы.
Қосымша зерттеулер
1916-17 жж. Рейснер-Нордстрем және Шварцшильд шешімдері алынды. Олардасимметриялы электрлік зарядталған және бейтарап қара тесіктерді сфералық түрде сипаттайды. Дегенмен, физиктер бұл кеңістіктердің күрделі геометриясын 1950-60-шы жылдардың тоғысында ғана толық түсіне алды. Дәл сол кезде гравитация теориясы мен ядролық физикадағы еңбектерімен танымал Д. А. Уилер «құрт тесігі» және «қара тесік» терминдерін ұсынды. Райснер-Нордстрем мен Шварцшильд кеңістіктерінде шынымен де ғарышта құрт тесіктері бар екені анықталды. Олар қара тесіктер сияқты алыстағы бақылаушыға мүлдем көрінбейді. Және олар сияқты ғарыштағы құрт саңылаулары да мәңгілік. Бірақ егер саяхатшы көкжиектен асып кетсе, олар тез құлдырайды, олар арқылы жарық сәулесі де, массивтік бөлшек те, кемені былай қойғанда, ұша алмайды. Ерекшелікті айналып өтіп, басқа ауызға ұшу үшін жарықтан жылдамырақ қозғалу керек. Қазіргі уақытта физиктер энергия мен заттың суперновалық жылдамдықтары түбегейлі мүмкін емес деп санайды.
Шварцшильд пен Рейснер-Нордстремнің қара тесіктері
Шварцшильд қара дырысын өтпейтін құрт тесігі деуге болады. Рейснер-Нордстрем қара дырысына келетін болсақ, ол біршама күрделірек, бірақ сонымен бірге өтуге болмайды. Десе де, кеңістікте өтуге болатын төрт өлшемді құрт тесіктерін ойлап табу және сипаттау қиын емес. Сізге тек қажетті метрика түрін таңдау керек. Метрикалық тензор немесе метрика - бұл оқиға нүктелері арасындағы төрт өлшемді аралықтарды есептеу үшін пайдалануға болатын мәндер жиынтығы. Бұл мәндер жиынтығы гравитациялық өрісті де, толық сипаттайдыкеңістік-уақыт геометриясы. Ғарыштағы геометриялық жолмен өтуге болатын құрт тесіктері қара тесіктерге қарағанда қарапайым. Оларда уақыт өте келе катаклизмдерге апаратын көкжиектер жоқ. Әртүрлі нүктелерде уақыт басқа қарқынмен өтуі мүмкін, бірақ ол тоқтап қалмауы немесе шексіз жылдамдамауы керек.
Құрт тесіктерін зерттеудің екі жолы
Табиғат құрт тесігінің пайда болуына тосқауыл қойды. Дегенмен, адам кедергі болса, оны жеңгісі келетіндер әрқашан болатындай етіп орналасады. Ал ғалымдар да шет қалмайды. Құрт тесіктерін зерттеумен айналысатын теоретиктердің еңбектерін шартты түрде бірін-бірі толықтыратын екі салаға бөлуге болады. Біріншісі құрт саңылаулары бар деп алдын ала болжа отырып, олардың салдарын қарастырады. Екінші бағыттың өкілдері неден және қалай пайда болуы мүмкін екенін, олардың пайда болуы үшін қандай жағдайлар қажет екенін түсінуге тырысады. Бұл бағытта біріншіге қарағанда көбірек жұмыстар бар және, мүмкін, олар қызықтырақ. Бұл аймақ құрт саңылауларының үлгілерін іздеуді, сондай-ақ олардың қасиеттерін зерттеуді қамтиды.
Орыс физиктерінің жетістіктері
Белгілі болғандай, құрт саңылауларын салуға арналған материал болып табылатын заттың қасиеттері кванттық өрістердің вакуумының поляризациясы есебінен жүзеге асырылуы мүмкін. Жақында ресейлік физиктер Сергей Сушков пен Аркадий Попов испан зерттеушісі Давид Хохберг және Сергей Красниковпен бірге осындай қорытындыға келді. Бұл жағдайда вакуум емесбостық. Бұл ең төменгі энергиямен сипатталатын кванттық күй, яғни нақты бөлшектер жоқ өріс. Бұл өрісте «виртуалды» бөлшектердің жұптары үнемі пайда болады, олар құрылғылармен анықталғанға дейін жоғалып кетеді, бірақ энергия тензоры түрінде ізін қалдырады, яғни әдеттен тыс қасиеттермен сипатталатын импульс. Заттың кванттық қасиеттері негізінен микроәлемде көрінетініне қарамастан, олар тудыратын құрт саңылаулары белгілі бір жағдайларда айтарлықтай өлшемдерге жетуі мүмкін. Красниковтың бір мақаласы, айтпақшы, «Құрт құрттарының қаупі» деп аталады.
Философия сұрағы
Егер құрт тесіктері салынса немесе ашылса, ғылымды түсіндірумен айналысатын философия саласы жаңа қиындықтарға тап болады, және айта кету керек, өте қиын. Уақыт циклдерінің барлық абсурдтық көрінетініне және себепті байланыстың қиын мәселелеріне қарамастан, ғылымның бұл саласы оны бір күні анықтайтын шығар. Олар Эйнштейн жасаған кванттық механика мен салыстырмалылық теориясының мәселелерімен айналысқаны сияқты. Кеңістік, кеңістік және уақыт - бұл сұрақтардың барлығы барлық жастағы адамдарды қызықтырады және, шамасы, бізді әрқашан қызықтырады. Оларды толық білу мүмкін емес. Ғарыштық зерттеулердің аяқталуы екіталай.
