WORMHOLE: VĒSTURE, TEORIJA, VEIDI, VEIDOŠANĀS - ARTE - 2025

Wormhole , astrofizikā un kosmoloģiju, ir eja, kas savieno divus punktus auduma telpas un laika. Tāpat kā krītošais ābols iedvesmoja Īzaka Ņūtona gravitācijas teoriju 1687. gadā, tārpi, kas caurdur ābolus, ir iedvesmojuši jaunas teorijas, arī gravitācijas ietvaros.

Tāpat kā tārpam caur tuneli izdodas sasniegt citu punktu uz ābola virsmas, telpas-laika tārpi ir teorētiski saīsnes, kas ļauj īsākā laikā pārvietoties uz tālām Visuma vietām.

Kosmosa laika tārps: mākslinieciskā vīzija. Avots: Pixabay.

Tā ir ideja, kas iemūžinājusi un turpina tvert daudzu iztēli. Tikmēr kosmologi ir aizņemti, meklējot veidus, kā pierādīt tā esamību. Bet šobrīd viņi joprojām ir spekulāciju priekšmets.

Lai mazliet tuvāk izprastu tārpu caurumus, laika caurteces iespēju tiem un atšķirības, kas pastāv starp tārpiem un melnajiem caurumiem, mums jāaplūko telpas-laika jēdziens.

Kas ir kosmosa laiks?

Telpas-laika jēdziens ir cieši saistīts ar tārpa caurumu. Tāpēc vispirms ir jānoskaidro, kas tas ir un kāda ir tā galvenā īpašība.

Kosmosa laiks ir vieta, kur notiek katrs Visuma notikums. Un Visums savukārt ir telpas-laika kopums, kas spēj uzņemt visu veidu matēriju enerģiju un daudz ko citu …

Kad līgavainis tiekas ar līgavu, tas ir notikums, taču šim notikumam ir telpiskās koordinātas: tikšanās vieta. Un laika koordināte: sanāksmes gads, mēnesis, diena un laiks.

Zvaigznes dzimšana vai supernovas eksplozija ir arī notikumi, kas notiek telpā laikā.

Tagad Visuma reģionā, kurā nav masu un mijiedarbības, kosmosa laiks ir līdzens. Tas nozīmē, ka divi gaismas stari, kas sākas paralēli, turpinās šādi, kamēr vien viņi paliek šajā reģionā. Starp citu, gaismas stars ir mūžīgs.

Protams, telpas laiks vienmēr nav vienmērīgs. Visums satur objektus ar masu, kas modificē telpas-laiku, izraisot telpas-laika izliekumu universālā mērogā.

Pats Alberts Einšteins iedvesmas brīdī saprata, ka sauc par “laimīgāko manas dzīves ideju”, ka paātrinātais novērotājs lokāli neatšķiras no tā, kas atrodas tuvu masīvam objektam. Tas ir slavenais ekvivalences princips.

Un paātrināts novērotājs saliec telpas-laiku, tas ir, Eiklīda ģeometrija vairs nav derīga. Tāpēc tāda masīva objekta kā zvaigzne, planēta, galaktika, melnais caurums vai pats Visums vidē-laiks izliekas.

Šo izliekumu cilvēki uztver kā spēku, ko sauc par gravitāciju, ikdienas, bet vienlaikus noslēpumainu.

Smagums ir tikpat mīklains kā spēks, kas mūs velk uz priekšu, kad autobuss, kurā braucam, strauji bremzē. It kā pēkšņi kaut kas neredzams, tumšs un masīvs uz brīdi nāk uz priekšu un mūs piesaista, pēkšņi dzen uz priekšu.

Planētas eliptiski pārvietojas ap Sauli, jo tās masa rada depresiju telpas-laika virsmā, kas liek planētām izliekt savas trajektorijas. Gaismas stars izliek savu ceļu arī pēc Saules radītā telpas-laika depresijas.

Tuneļi caur telpu - laiku

Ja telpas laiks ir izliekta virsma, principā nekas neliedz vienai zonai savienoties ar citu caur tuneli. Ceļošana pa šādu tuneli nozīmētu ne tikai vietu maiņu, bet arī iespēju doties uz citu laiku.

Šī ideja ir iedvesmojusi daudzas zinātniskās fantastikas grāmatas, sērijas un filmas, tostarp slaveno 1960. gadu amerikāņu seriālu "Laika tunelis" un nesen "Star Trek" franšīzes "Deep Space 9" un 2014. gada filmu Interstellar.

Ideja nāca no paša Einšteina, kurš, meklējot risinājumus vispārējās relativitātes lauka vienādojumos, kopā ar Natanu Rozenu atrada teorētisku risinājumu, kas ļāva savienot divus dažādus telpas-laika reģionus caur tuneli, kas darbojās kā saīsne.

Šis risinājums ir pazīstams kā Einšteina-Rozenas tilts un parādās darbā, kas publicēts 1935. gadā.

Tomēr termins "wormhole" pirmo reizi tika izmantots 1957. gadā, pateicoties teorētiskajiem fiziķiem John Wheeler un Charles Misner šī gada publikācijā. Iepriekš tika runāts par “vienas dimensijas caurulēm”, lai atsauktos uz to pašu ideju.

Vēlāk 1980. gadā Karls Sagans rakstīja zinātniskās fantastikas romānu “Kontakts”, grāmatu, kas vēlāk tika pārveidota par filmu. Varonis, vārdā Elijs, atklāj saprātīgu ārpuszemes dzīvi 25 tūkstošu gaismas gadu attālumā. Karls Sagans gribēja, lai Ellija ceļotu uz turieni, bet zinātniski ticamā veidā.

Ceļošana 25 tūkstošu gaismas gadu attālumā cilvēkam nav viegls uzdevums, ja vien netiek meklēts saīsne. Melnais caurums nevar būt risinājums, jo, tuvojoties singularitātei, diferenciālais gravitācijas dēļ kosmosa kuģis un tā apkalpe varētu šķirties.

Meklējot citas iespējas, Karls Sagans konsultējās ar vienu no tā laika vadošajiem ekspertiem melno caurumu jautājumos Kipu Tornu, kurš sāka domāt par šo lietu un saprata, ka Einšteina-Rozes tilti vai Risinājums bija risinājums.

Tomēr Torns arī saprata, ka matemātiskais risinājums ir nestabils, tas ir, tunelis atveras, bet drīz pēc tam nožņaug un pazūd.

Tārpu caurumu nestabilitāte

Vai ir iespējams izmantot tārpu caurumus, lai nobrauktu lielus attālumus telpā un laikā?

Kopš to izgudrošanas tārpi ir kalpojuši daudzos zinātniskās fantastikas laukumos, lai aizvestu savus varoņus uz attālām vietām un izjustu nelineārā laika paradoksus.

Kip Thorne atrada divus iespējamos risinājumus tārpu caurumu nestabilitātes problēmai:

• Caur tā saucamajām kvantu putām. Planka mērogā ( ^10-35 m) ir kvantu svārstības, kas caur mikrotransportieriem spēj savienot divus telpas laika reģionus. Hipotētiski ļoti attīstīta civilizācija varētu atrast veidu, kā paplašināt ejas un noturēt tās pietiekami ilgi, lai cilvēks pārietu.
• Negatīva masu viela. Saskaņā ar aplēsēm, kuras 1990. gadā publicēja pats Torns, milzīgi daudz šo svešķermeņu būtu nepieciešami, lai tārpa cauruma gali būtu atvērti.

Ievērojama lieta šajā pēdējā risinājumā ir tā, ka atšķirībā no melnajiem caurumiem nepastāv singularitāte vai kvantu parādības, un cilvēkiem būtu iespējams iziet cauri šāda veida tunelim.

Tādā veidā tārpu caurumi ne tikai ļautu savienot kosmosā esošos tālos reģionus, bet arī savlaicīgi atdalītos. Tāpēc tās ir mašīnas laika ceļošanai.

Stīvens Hokings, lielā atsauce kosmoloģijā 20. gadsimta beigās, neticēja, ka ir iespējams pievērsties tārpiem vai laika mašīnām daudzo paradoksu un pretrunu dēļ, kas no tiem izriet.

Tas nav mazinājis citu pētnieku garu, kuri ir ierosinājuši iespēju, ka divus melnos caurumus dažādās telpas laika zonās iekšēji savieno tārpa caurums.

Lai gan tas nebūtu praktiski ceļojumiem pa kosmosa laiku, jo, neskaitot mokas, ko radītu melnā cauruma singularitātes ienākšana, nebūtu iespējas iziet otrā galā, jo tas ir vēl viens melnais caurums.

Atšķirības starp melnajiem caurumiem un tārpiem

Kad jūs runājat par tārpu caurumu, jūs uzreiz domājat arī par melnajiem caurumiem.

Pēc tās zvaigznes evolūcijas un nāves, kurai ir noteikta kritiskā masa, dabiski veidojas melnais caurums.

Tas rodas pēc tam, kad zvaigzne ir iztērējusi savu kodoldegvielu un sāk neatgriezeniski sarauties sava gravitācijas spēka dēļ. Tas nerimstoši turpinās, līdz tas izraisa tādu sabrukumu, ka nekas tuvāk par notikuma horizonta rādiusu nevar izbēgt, pat ne gaisma.

Salīdzinājumam, slieka caurums ir reta parādība, kas ir hipotētiskas anomālijas sekas telpas laika izliekumā. Teorētiski ir iespējams tos iziet cauri.

Tomēr, ja kāds mēģinātu iziet cauri melnajam caurumam, intensitāte un ekstrēmais starojums, kas atrodas tuvuma tuvumā, pārvērtu to par plānu subatomisko daļiņu pavedienu.

Melno caurumu esamībai ir netieši un pavisam nesen tieši pierādījumi. Starp šiem pierādījumiem ir gravitācijas viļņu izstarošana un noteikšana, piesaistot un pagriežot divus kolosālus melnos caurumus, ko noteikusi LIGO gravitācijas viļņu observatorija.

Ir pierādījumi, ka lielu galaktiku centrā, piemēram, mūsu Piena ceļā, eksistē super masīvs melnais caurums.

Straujā zvaigžņu rotācija centra tuvumā, kā arī milzīgais augstfrekvences starojuma daudzums, kas izplūst no turienes, ir netieši pierādījumi tam, ka tur ir milzīgs melnais caurums, kas izskaidro šo parādību klātbūtni.

Tieši 2019. gada 10. aprīlī pasaulei tika parādīta pirmā supermasīvā melnā cauruma (7 miljardus reizes lielāka par Saules masu) fotogrāfija, kas atrodas ļoti tālā galaktikā: Messier 87 Jaunavas zvaigznājā pie 55 miljoniem gaismas gadu attālumā no Zemes.

Šo melnā cauruma fotogrāfiju padarīja iespējamu pasaules teleskopu tīkls ar nosaukumu “Event Horizon Telescope”, kurā piedalījās vairāk nekā 200 zinātnieki no visas pasaules.

No otras puses, līdz šim nav pierādījumu par tārpu caurumiem. Zinātnieki ir spējuši atklāt un izsekot melno caurumu, tomēr tas nav bijis iespējams ar tārpiem.

Tāpēc tie ir hipotētiski objekti, kaut arī teorētiski tos ir iespējams realizēt, jo kādreiz bija arī melnie caurumi.

Tārpu caurumu dažādība / veidi

Lai gan tie vēl nav atklāti vai varbūt tieši šī iemesla dēļ, tārpu caurumiem ir iedomātas dažādas iespējas. Tie visi ir teorētiski iespējami, jo atbilst Einšteina vienādojumiem par vispārējo relativitāti. Te ir daži:

• Tārpi, kas savieno viena un tā paša Visuma divus telpas-laika reģionus.
• Tārpu caurumi, kas spēj savienot vienu Visumu ar citu Visumu.
• Einšteina-Rozena tilti, kuros viela varētu pāriet no vienas atveres uz otru. Kaut arī šī matērijas pāreja izraisītu nestabilitāti, izraisot tuneļa sabrukšanu uz sevi.
• Kip Thorne tārpa caurums ar sfērisku apvalku ar negatīvām masas vielām. Tas ir stabils un pārvietojams abos virzienos.
• Tā sauktais Schwarzschild wormhole, kas sastāv no diviem savienotiem statiskiem melniem caurumiem. Tie nav pārvietojami, jo matērija un gaisma ir ieslodzīti starp abām galējībām.
• Iekrautas un / vai rotējošas vai Kerr tārpu bedres, kas sastāv no diviem iekšēji savienotiem dinamiskiem melniem caurumiem, kas pārvietojami tikai vienā virzienā.
• Kosmosa laika kvantu putas, kuru esamība tiek teorēta subatomiskajā līmenī. Putas veido ļoti nestabili subatomiskie tuneļi, kas savieno dažādas zonas. To stabilizēšanai un paplašināšanai būtu jāizveido kvarka-gluona plazma, kuras ģenerēšanai būtu nepieciešams gandrīz bezgalīgs enerģijas daudzums.
• Pavisam nesen, pateicoties stīgu teorijai, tika teorēti tārpu caurumi, kurus atbalstīja kosmiskās stīgas.
• Savstarpēji savienoti un pēc tam atdalīti melnie caurumi, no kuriem rodas telpas-laika caurums, vai Einšteina-Rozenas tilts, kuru kopā tur gravitācija. Tas ir teorētisks risinājums, ko 2013. gada septembrī ierosināja fiziķi Huans Maldacena un Leonards Susskinds.

Tie visi ir pilnīgi iespējami, jo tie nav pretrunā ar Einšteina vispārējās relativitātes vienādojumiem.

Vai kādreiz būs redzami tārpi?

Ilgu laiku melnie caurumi bija Einšteina vienādojumu teorētiski risinājumi. Pats Einšteins apšaubīja iespēju, ka cilvēce tos kādreiz varētu atklāt.

Alberts Einšteins (1879-1955), relativitātes teorijas autors. Avots: Pixabay.

Tātad melnie caurumi ilgu laiku bija teorētiskas prognozes, līdz tie tika atrasti un atrasti. Zinātniekiem ir tāda pati cerība uz tārpiem.

Ļoti iespējams, ka arī viņi tur atrodas, taču vēl nav iemācījies tos atrast. Lai gan saskaņā ar pavisam nesenu publikāciju tārpu caurumi atstāj pēdas un ēnas novērojamas pat ar teleskopiem.

Tiek uzskatīts, ka fotoni pārvietojas pa tārpa caurumu, radot gaismas gredzenu. Tuvākie fotoni iekrīt iekšā un atstāj aiz sevis ēnu, kas ļaus tos atšķirt no melnajiem caurumiem.

Pēc Indijas Mumbajas Tata fundamentālo pētījumu institūta fiziķa Rajibula Šaika teiktā, rotējoša tārpa cauruma tips radītu lielāku un izlocītu ēnu nekā melnais caurums.

Savā darbā Šaikh ir izpētījis teorētiskas ēnas, kuras izliek noteikta vērpšanas tārpu klase, koncentrējoties uz cauruma rīkles izšķirošo lomu fotonu ēnas veidošanā, kas ļauj to identificēt un diferencēt no melnā cauruma.

Šaikhs ir arī analizējis ēnas atkarību no tārpa cauruma spiniem un arī salīdzinājis to ar ēnu, ko metis vērpjošs Kerra melnais caurums, konstatējot būtiskas atšķirības. Tas ir pilnīgi teorētisks darbs.

Bez tam pagaidām tārpi ir matemātiskas abstrakcijas, taču ir iespējams, ka daži tos pamanīs pavisam drīz. Tas, kas ir otrā galējībā, pagaidām joprojām tiek uzskatīts par pieņēmumu.

Atsauces

1. Kvantu sapīšanās var izraisīt smagumu. Ņemts no vietnes Cienciaaldia.com
2. Fizikas progress, 61. sējums, izdošana 2013. gada septembris, 781. – 811. Lpp
3. Tārpa caurums. Ņemts no wikipedia.org
4. Kosmosa laiks. Ņemts no wikipedia.org.
5. Deivids Nields (2018). Trakais jaunais grāmata iesaka tārpu caurumiem veidot ēnas, kuras mēs varētu viegli redzēt ar teleskopiem. Ņemts no sciencealert.com