Црвја дупка

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Дијаграм на црвја дупка

Во физиката, црвјата дупка претставува хипотетичко - тополошко обележје на време-просторот, коешто всушност претставува скратен пат низ времето и просторот. За поедноставено визуелно претставување на црвјата дупка, замислете го време-просторот како дводимензионална (2D) рамна површина (погледнете ја илустрацијата од десната страна). Доколку оваа површина се превитка на пола во 3 димензии, ни овозможува да си претставиме “мост” од црвја дупка. (Ве молиме имајте во предвид дека оваа слика е само визуализација прикажана за да се покаже во суштина незамислива структура која постои во 4 или повеќе димензии. Деловите на црвјата дупка може да бидат повисоки димензионални анлогии од деловите на превитканата дводимензионална површина; како на пример, наместо усти коишто се кружни форми во 2D рамнината, кај вистинската црвја дупка, устите може да бидат сфери во 3D површина). Црвјата дупка, теоретски, повеќе наликува на тунел со два краја секој на различна зафатнина и место во време – просторот. Не постојат видливи докази за постоењето на црвјите дупки, меѓутоа теоретски гледано постојат валидни солуции, кај равенката теорија на релативноста, којашто ги вклучува и црвјите дупки. Првиот вид на црвја дупка како решение коешто беше откриено беше црвјата дупка Шварцчајлд којашто е претставена во Шварцчајлд метричкиот систем, опишувајќи внатрешна црна дупка, но се осозна дека овој вид на црвја дупка пребрзо би се распаднал, за било што да би можело да премине од едниот на другиот крај. Црвјите дупки кои всушност би можеле да се преминат, познати како траверзабилни (преминливи) црвји дупки, би постоеле само доколку, егзотичната материја со густина од негативна енергија, би можела да се искористи за да ги стабилизира. (Многу Физичари, како на пример Стивен Хокинг, Кип Торн и др. Сметаат дека ефектот Касимир е доказ дека густините од негативна енергија се возможни во контекст на теоријата за релативитет, исто така и хипотезата за квантната пена, понекогаш се користи за да се сугерира дека мали црвји дупки може да се создадат и да исчезнат спонтано на Планково ниво (субатомско) ниво. Исто така се претпоставува дека, доколку црвја дупка, одржувана отворена, од страна на космичките жици со негативна маса, создадена некаде за време на големата експлозија (Биг Бенг), би можела да се развие до макроскопско ниво, преку космичка инфлација. Американскиот теоретски физичар Џон Архибалд Вилер за првпат го воведува терминот црвја дупка во 1957, меѓутоа уште во 1921 година германскиот математичар Херман Вејл ја поставува теоријата за црвјите дупки, преку масовна анализа на енергијата во електромагнетното поле.

Овие анализи наведуваат на размислување за ситуации......... кадешто има мрежен ток од сили во вид на линии, коешто топологистите го нарекуваат “рачка” на повеќекратно поврзан простор, а за што на физичарите можеби би требало да им се прости за поживописниот термин “црвја дупка”.


Дефиниција[уреди]

Основниот концепт за црвја дупка со внатрешен универзум, е дека тоа претставува компактен регион на време – просторот, чија граница е тополошки безначајна, меѓутоа чива внатрешност не е едноставно поврзана. Формализирајќи ја ова идеа води до дефиниција како на пример следнава, превземена од делото на Мет Висер - Лоренциски црвји дупки.

Доколку време Минковскиевиот простор содржи компактен регион Ω и доколку топологијата на Ω е во облик Ω ~ R x Σ, кадешто Σ е тројноразновиден во контекст на нетривијалната топологија, чија граница има топологија во облик dΣ ~ S2 И доколку, понатаму, хиперповршините Σ се налик на простори, тогаш регионот Ω содржи квазитрајна црвја дупка со внатрешен универзум.

Карактеризирањето на црвјите дупки со внатрешен универзум е уште потешко. Како на пример, може да замислиме “бебе-универзум” поврзан со својот “родител” преку тесен “папок”. Некој можеби папокот би го гледал како грло на црвјата дупка, меѓутоа време просторот едноставно е поврзан. Поради оваа причина црвјите дупки се дефинираат геометриски, спротивно од топологијата, како регионина времепросоторот кој ја ограничува поединечната деформација на затворените површини. На пример во делото на Енрико Родриго – Физиката на Ѕвездените Порти, црвјата дупка вообичане со дефинира неформално како

Регион на времепросторот кој содржи “световна цевка” (временската еволуција на затворена површина), која неможе постојано да се дерформира (намали) до световна линија (временската еволуција на точка).

Шварцчајлдови црвји дупки[уреди]

Лоренциските црвји дупки, познати уште како и Шварцчајлдови црвји дупки или Ајнштајн-Розен мостови, се мостови помеѓу две просторни области, коишто може да бидат моделирани како вакумски солуции на Ајнштајновите равенки за полиња, и коишто, досега се смета дека се внатрешни делови од максимално проширениот Шварцчајлд метрички систем, опишувајќи внатрешна црна дупка без полнеж и без ротација. “Максимално проширениот” се однесува на идејата дека времепросторот нема никакви “рабови”: За било каква траекторија на слободно-паѓачката честичка (следејќи го геодезикот) во времепросторот, би било возможно да се продолжи патеката произволно, далеку во иднината или минатото на честичката, доколку траекторијата не наиде на гравитациска сингуларност (бесконечно голема гравитација) како онаа во центарот на внатрешноста на црната дупка. Со цел да се задоволи ова барање (услов), излегува дека како додаток на внатрешниот регион на црната дупка, којшто честичките го преминуваат кога однадвор ќе навлезат во хоризонтот на настани (ивент хоризонтот), мора да постои регион со одвоена внатрешност - бела дупка, кој ни овозможува да ги издолжиме траекториите на кои, надворешниот набљудувач ги гледа како да се креваат надалеку од хоризонтот на настани (ивент хоризонтот). Исто како што има два одделни внатрешни региони на максимално проширениот времепростор, исто така постојат и два одделни надворешни региони, понекогаш нарекувани два различни “универзуми”, кадешто вториот универзум ни овозможува да екстраполираме некои возможни траектории на честичките во двата внатрешни региони. Ова значи дека внатрешниот регион на црната дупка, може да содржи мешавина од честички кои упаднале и од двата универзуми ( и затоа набљудувачот кој упаднал од едниот универзум, можеби би можел да ја види светлината, која упаднала од другиот), а исто така честичките од вантрешниот регион – бела дупка може да избегаат и во двата универзума. Сите четири региони може да се видат во дијаграмот на времепросторот кој користи Крускал-Зекерес координати (координатен систем за Шварцчајлд геометријата за црните дупки), како што е дискутирано и илустрирано на страната бели дупки и црвји дупки. Во овој времепростор, возможно е да се дојде до кординантни системи доколку се одбере една хиперповршина со константно време (множество од точки кои имаат иста временска координата, каде секоjа точка на површината има налик на просторна одвоеност, давајќи т.н. “лик на просторна површина”) и се црта “вметнувачки дијаграм”, кадешто се исцртува кривата на просторот во тоа време (разгледај ја дискусијата за “вметнувачките дијаграми” на оваа страна), вметнувачкиот дијаграм ќе наликува како цевка која ги поврзува двата надворешни региони, позната како “Ајнштајн-Розен мост”. На пример разггледај ги диаграмите на оваа страна кои покажуваат максимално проширена Шварцчајлд солуција со Крускал-Зекер координатите, заедно со белите хиперповршини на непроменливото време нацртани на (времето и во некои други координантни системи освен Круска-зекер координатите, затошто хиперповршината на константното време кај Крускал-Зекер, би изгледала како хоризонтална линија нацртана кога би била нацртана во Крускал-Зекер дијаграмот) одговарачкиот вметнувачки дијаграм за конкретната хиперповршина. Запамети дека Шварцчајлд метричкиот систем опишува идеализирана црна дупка којашто постои бесконечно од гледиште на надворешниот набљудувач; пореалистична црна дупка, која се создава во определено време, преку згаснувањето на една ѕвезда, би имала потреба од друг метрички систем. Кога ѕвездената паѓачка материја се вметнува во дијаграмот историја на црната дупка, таа го отстранува делот од дијаграмот кој одговара на внатрешниот регион-бела дупка, заедно со делот на дијаграмот којшто е определен за внатрешниот универзум. Ајнштајн-розен мостот е откриен од страна на Алберт Ајнштајн и неговиот колега Нејтан Розен, којшто и прв ги објави резултатите во 1935 год. Меѓутоа во 1962 Џон А. Вилер и Роберт Фулер издадоа документ преку кој изнесуваат дека овој вид на црна дупка е нестабилен, и дека ќе исчезне пребрзо за да може светлината (или било која друга честичка којшто се движи поспоро од светлината) која што паѓа од еден внатрешен регион, да стигне до другиот внатрешен регион. Уште пред да станат очигледни проблемите во стабилноста на Шварцчајлд цврјите дупки, се сметаше дека квазарите се белите дупки кои го офрмуваат крајот на црвјите дупки од овој вид. Иако Шварцчајлд црвјите дупки не се трверзабилни(преминливи), нивното постоење го инспирираше Кип торн да замисли преминливи (траверзабилни) црвји дупки создадени задржувајќи го “грлото” од Шварцчајлдовиот модел за црвји дупки, отворени со екзотична материја (материја која има негативна маса/енергија).


Преминливи црвји дупки[уреди]

Лоренцовите преминливи (траверзабилни) црвји дупки би овозможиле патување од еден дел на универзумот до друг дел во истиот универзум премногу бргу, или би овозможиле патување од еден кон друг универзум. Возможноста за постоење на траверзабилни црвји дупки во теоријата за релативноста беше за првпат демонстрирана од страна на Кип торн и неговиот дипломиран студент Мајк Морис во весник 1988год. И поради таа причина, видот на траверзабилната црвја дупка која тие ја прикажаа, одржувана отворена од страна на сферична школка од егзотична материја, се нарекува Морис-Торн црвја дупка. Подоцна други видови на траверзабилни црвји дупки беа прикажани како возможни решенија под капата на равенките од теоријата за релативитет, вклучувајќи и разновидни видови анализирани преку весник во 1989 год. од страна на Мет Висер, кадешто може да биде направена преминлива патека низ црвјата дупка, меѓутоа патеката не треба да преминува низ регионот со егзотична материја.

Меѓутоа во Гос – Бонет теоријата (модификација на теоријата за релативитет вклучувајќи дополнителни специјални димензии кои понекогаш се изучуваат во контекстот на мембранската космологија) егзотичната материја не е клучна за да постојат црвјите дупки – тие може да постојат дури и без материја. Видот на црвјите дупки одржувани отворени со помош на космички конци (мембрани) со негативна маса беше презентиран од срана на Висер во соработка со Крамер, кадешто беше прикажано дека таквите црвји дупки би можеле природно да се создадат во раниот универзум. Црвјите дупки поврзуваат две точки во времепросторот, што во принцип значи дека би овозможиле и патување низ времето, а исто така и низ просторот. Во 1988, Морис, Торн и Јуртсевер експлицитно работеа на тематиката како да преобразат црвја дупка која овозможува патување низ простор, во црвја дупка која овозможува патување низ време. Меѓутоа, според теоријата за релативитет, не би било возможно да искористиш црвја дупка да се вратиш во времето назад, порано од времето кога црвјата дупка била за првпат преобразена во временска машина, забрзувајќи една од нејзините две усти.


Рејчодуриевата теорема и егзотичната материја=[уреди]

За да се разбере зошто е потребна егзотична материја, замислете пристигачка светлина патувајќи во правецот на геодезикот, а потоа ја преминува црвјата дупка и се издолжува на другата страна. Издолжувањето оди од негативитет кон позитивитет. Затоа што вратот на црвјата дупка има конечна големина, не би очекувале нејзиното каустично средство да се развие, не барем во близината на вратот. Според оптичка Рејчодуриева тероема за ова е потребно прекршување на просечната нулта енергетска состојба. Квантнинте ефекти како на пример Касимир ефектот, неможат да ја нарушат просечната нулта енергетска состојба во било кој соседен просто со нулта прекршување, но калкулациите во полукласичната гравитација налагаат дека квантните ефекти можеби можат да ги нарушат овие состојби во извитоперениот времепростор. Дури и да можат, можеби квантните ефекти неможат да нарушат послаба состојба позната како”акронално просечна нулта енергетска состојба” , а ова може да ја отфрли возможноста за траверзабилни црвји дупки.


Побрзо патување од светлината[уреди]

Невозможноста за патување со поголема брзина од светлината се аплицира само локално. Црвјите дупки овозможуваат суперлуминално/суперсветлинско (побрзо од светлината) патување осигурувајќи дека брзината на светлината не е надмината локално во било кое време. Патувајќи низ црвја дупка сублуминални/субсветлински (побавни од светлината) брзини се применуваат. Доколку се поврзнаи две точки преку црвја дупка, времето коешто е потребно да се премине дупката, ќе биде помало од времето коешто му е потребен на светлосниот зрак за да го помине просторот надвор од црвјата дупка. Како и да е, светлосен зрак кој патува низ црвја дупа, секогаш ќе го победи патникот. Како аналогија, трчајќи по страната на планината со максимална брзина ќе трае подолго отколку да пешачиш по ископаниот тунел.


Патување низ времето[уреди]

Теоријата за релативитет предлага дека, доколку постојат траверзабилни црвји дупки, тие можат да овозможат патување низ времето. Ова би се постигнало преку забрзување на едниот крај од црвјата дупка на поголема брзина во однос на другиот, и во даден интервал подоцна, враќање на првобитната брзина (релативистичка временска дилатација), како резултат забрзаната уста од црвјата дупка би стареела помалку од стационарната видлива за нбљудувачот, слично на она што е прикажано во близначкиот парадокс. Меѓутоа, времето се поврзува рзлично во црвјата дупка од времето надвор од неа, па така синхроизираните часовници ќе останат синхронизирани за оној кој патува низ црвјата дупка, без разлика како се движат нејзините усти. Ова значи дека секој што влегол преку забрзаната уста на црвјата дупка, ќе излезе преку стационарната во момент од времето пред неговиот влез. На пример, замислетен два часовника на двете усти и двата ја покажуваат годината 2000. По патувањето со релативистични брзини, забрзаната уста се враќа на истиот регион како стационарната уста, кадешто часовникот кај забрзаната уста покажува 2005 додека кај стационарната покажува 2010. Патникот кој влегол преку збарзаната уста, во овој момент, ќе излезе преку стационарната, кадешто неговиот часовник исто покажува 2005, во истиот регион, меѓутоа 5 години во минатото. Таква конфигурација на црвјите дупки би им овозможила на чесичките да оформат затворен вртлок во времепросторот познат како затворена временска крива. Се смета дека не е возможно црвјата дупка да се преобрази во временска машина на овој начин, предпоставките се направени во контекст на теоријата за релитивитет, меѓутоа оваа теорија не ги вклучува квантните ефекти. Некои анализи кои се служат со полукласичниот пристап за да ги вметнат класичните ефекти во теоријата за релативитет индицираат дека повратен јазол од виртуелни честички би циркулирал низ црвјата дупка со постојано зголемувачки интензитет, уништувајќи ја уште пред било каква информација да премине преку неа содествувајќи со хронолошки заштитничката претпоставка. Ова беше доведено до прашање поради претпоставката за распрснувачка радијација при патувањето низ црвја дупка, затоа е спречена бесконечна акумулација. Дебатата за оваа тематика е опишана од страна на Кип С. Торн во книгата Црни дупки и временски вртлози, а постручна дискусија може да се најде во Квантната физика на Хронолошка протекција од Мет Визер. Ито така тука е и Римскиот прстен, којшто претставува конфигурација од повеќе црвји дупки. Овој прстен најверојатно овозможува затворена временска јамка со стабилни црвји дупки кои се анализирани преки полукласичната гравитација, иако без целосна теорија за квантната гравитација непотврдено е дали полукласичниот пристап е доверлив во конкретниов случај.

Метрички системи[уреди]

Теориите за метричките системи на црвјите дупки ја опишуваат геометријата на времепросторот и служат како теориски модели за патување низ времето.

ds^2= - c^2 dt^2 + dl^2 + (k^2 + l^2)(d \theta^2 + \sin^2 \theta \, d\phi^2).

Во фантастиката[уреди]

Црвјите дупки се чести елементи во научната фантастика и дозволуваат меѓуѕвездено (понекогаши меѓувселенско) патување во човечки временски периоди.