Krtčí díra

Červí díra , neboli „ červí díra “, „krtka“ [1] , stejně jako „červí průchod“ nebo „červí díra“ (druhé je doslovný překlad anglického  červí díra ) je topologickým rysem časoprostoru , který je „ tunel“ v každém okamžiku ve vesmíru. Tyto oblasti mohou být jak spojené a navíc k červí díře, představující oblasti jednoho prostoru (viz příklad na obrázku níže), nebo zcela odpojené, představující samostatné prostory, které jsou vzájemně propojeny pouze červí dírou.

Červí díry jsou v souladu s obecnou relativitou . Pojem červí díra včetně jejího názvu (červí díra) zavedl do fyziky americký fyzik John Archibald Wheeler .

Vizualizace

Pro zjednodušenou reprezentaci červí díry je prostor reprezentován jako dvourozměrný (2D) povrch. V tomto případě se červí díra objeví jako díra v tomto povrchu, přechází do 3D trubky (vnitřní povrch válce ) a poté se znovu objeví jinde na 2D povrchu s dírou, která vypadá jako vchod. Rozdíl mezi skutečnou červí dírou by byl v počtu prostorových dimenzí, z nichž by byly tři. Například místo kulatých vstupů a výstupů ve 2D rovině by byly ve 3D prostoru koule .

Dalším způsobem, jak přemýšlet o červích dírách, je vzít list papíru a nakreslit dvě vzdálené tečky na jednu stranu listu. List papíru představuje rovinu v časoprostorovém kontinuu a dva body představují vzdálenost, kterou je třeba urazit. Teoreticky však může červí díra tyto dva body spojit, pokud tuto rovinu složíte tak, aby se body navzájem dotýkaly. Protože se nyní dva body dotýkají, bude mnohem snazší překonat vzdálenost.

Červí díry v obecné relativitě

Obecná teorie relativity (GR) existenci takových tunelů připouští, i když existence průchodné červí díry vyžaduje, aby byla vyplněna exotickou hmotou s negativní hustotou energie [2] , která vytváří silné gravitační odpuzování a brání díře kolabující. Řešení typu červí díry vznikají v různých verzích kvantové gravitace , i když tato problematika je stále velmi daleko od úplného prozkoumání.

Oblast poblíž nejužší části červí díry se nazývá „hrdlo“. Červí díry se dělí na „ vnitrovesmírné “  a „ mezivesmírové “ podle toho, zda je možné jejich vstupy propojit křivkou, která nepřekračuje krk.  

Jsou zde také sjízdné ( anglicky  traversable ) a nesjízdné krtince. Mezi poslední patří ty tunely, které se zhroutí příliš rychle na to, aby se pozorovatel nebo signál (který nemá rychlost vyšší než světlo) dostal z jednoho vchodu do druhého. Klasickým příkladem neprůchodné červí díry je Einstein-Rosenův most v nejrozšířenějším Schwarzschildově prostoru a průchozí červí díra je Morris-Thornova červí díra .

Vnitrosvětová červí díra, kterou lze překročit, poskytuje hypotetickou možnost cestování časem [3] , pokud se například jeden z jejích vchodů vůči druhému pohybuje nebo je v silném gravitačním poli , kde se plynutí času zpomaluje. Červí díry mohou také hypoteticky vytvářet příležitost pro mezihvězdné cestování, a jako takové se červí díry často nacházejí ve sci-fi .

Červí díry a exotická hmota

Abyste pochopili, proč je potřeba exotická hmota , zvažte příchozí signál světelné fronty pohybující se podél geodetických prvků, které protínají červí díru a znovu se rozpínají na druhé straně. Expanze jde od negativního k pozitivnímu. Podle Raychaudhuriho optické větyto vyžaduje porušení průměrného stavu nulové energie. Kvantové efekty, jako je Casimirův jev , nemohou narušit průměrný nulový stav energie v žádném sousedství prostoru s nulovým zakřivením [4] , ale výpočty v semiklasické gravitacinaznačují, že kvantové efekty mohou tuto podmínku v zakřiveném časoprostoru porušit [5] . Navzdory tomu bylo navrženo, že kvantové efekty nemohou narušit achronální verzi průměrného stavu s nulovou energií [6] , ale přesto byla zjištěna porušení [7] , takže možnost zůstává otevřená, že kvantové efekty mohou být použity k podpoře červí díry . .

Metriky červí díry

Metrické teorie červí díry popisují prostoročasovou geometrii červí díry a slouží jako teoretické modely pro cestování časem. Průchodná metrika červí díry může vypadat například takto:

Jedním typem neproniknutelné metriky červí díry je Schwarzschildovo řešení:

Červí díry a kvantové zapletení

V článku publikovaném v německém časopise Fortschritte der Physik v roce 2013 Maldacena a Susskind uvedli, že červí díra - technicky Einstein-Rosenův most nebo ER - je časoprostorovým ekvivalentem kvantového zapletení . To vyřešilo problém s firewallem . [8] [9]

Cestování časem

Pokud existují prostupné červí díry, mohou umožnit cestování časem [10] . Navrhovaný stroj času využívající prostupnou červí díru by hypoteticky fungoval následovně: jeden konec červí díry je urychlen na rychlost blízkou rychlosti světla, možná nějakým druhem pokročilého pohonného systému , a pak se vrátí do svého výchozího bodu. Dalším způsobem je vzít jeden vchod do červí díry a přesunout jej do gravitačního pole objektu s větší gravitací než druhý vchod a poté jej vrátit do polohy poblíž druhého vchodu. U obou těchto metod dilatace času způsobí, že pohyblivý konec červí díry stárne méně nebo se pro vnějšího pozorovatele stane „mladším“. Protože čas je propojen červí dírou jinak než venku , synchronizované hodiny na obou koncích červí díry zůstanou vždy synchronizované pro pozorovatele procházejícího červí dírou, bez ohledu na pohyb konců [11] :502 . To znamená, že pozorovatel vstupující na „mladý“ konec opustí „starší“ konec v čase rovném věku „mladšího“ konce, což bude demonstrovat jiný průběh času z pohledu vnějšího pozorovatele. Významným omezením takového stroje času je, že je možné měnit průběh v čase pouze do okamžiku vytvoření tohoto stroje. V žádném případě není možné projít červími dírami před událostí vstupu do samotné červí díry, i když se vchod a výstup do červí díry nachází poblíž. [11] :503 .

V roce 1993 Matt Visser tvrdil, že dvě ústí červí díry s takto indukovaným rozdílem hodin nelze zkombinovat bez vyvolání kvantového pole a gravitačních efektů, které by buď zničily červí díru, nebo by se dvě ústí navzájem odpuzovala [12] , nebo jinak. nebude možné přenášet informace přes červí díru [13] . Z tohoto důvodu nemohou být dva výstupy umístěny dostatečně blízko, aby došlo k narušení kauzality . V dokumentu z roku 1997 však Visser navrhl, že složitá konfigurace „ Romanova prstenu“ (pojmenovaný po Tomovi Romanovi) z N červích děr uspořádaných do symetrického mnohoúhelníku může stále fungovat jako stroj času, i když dospěl k závěru, že se s největší pravděpodobností jedná o chybu v klasické kvantové teorii gravitace, a nikoli o důkaz, že je možné její porušení kauzality [14] .

Cestování mezi vesmíry

Možné řešení paradoxů vyplývajících z cestování v čase červími dírami je založeno na interpretaci mnoha světů kvantové mechaniky .

V roce 1991 David Deutsch ukázal, že kvantová teorie je plně konzistentní (v tom smyslu, že takzvaná matice hustoty může být nespojitá) v prostoročasech s uzavřenými křivkami podobnými času. [15] Později se však ukázalo, že takový model uzavřené časové křivky může mít vnitřní rozpory, protože by vedl k tak podivným jevům, jako je separace neortogonálních kvantových stavů a ​​separace vlastních a nevhodných směsí. [16] [17] V souladu s tím je zabráněno destruktivní pozitivní zpětné vazbě virtuálních částic cirkulujících červí dírou, která je výsledkem poloklasických výpočtů. Částice vracející se z budoucnosti se nevrací do svého původního vesmíru, ale do paralelního vesmíru. To naznačuje, že stroj času založený na červí díře je teoretickým mostem mezi simultánními paralelními vesmíry. [osmnáct]

Protože stroj času založený na červí díře zavádí do kvantové teorie typ nelinearity, je tento druh komunikace mezi paralelními vesmíry v souladu s návrhem Josepha Polchinského na telefon Everett [19] (pojmenovaný po Hughu Everettovi ) ve formulaci Stevena Weinberga. nelineární kvantové mechaniky . [dvacet]

Možnost komunikace mezi paralelními vesmíry byla nazývána meziuniverzálním cestováním . [21]

Lidé, kteří přispěli k rozvoji teorie

• John Archibald Wheeler . Do fyziky zavedl samotný pojem červí díra včetně jejího názvu (červí díra). Rozvinul teorii náboje bez náboje , podle které neexistuje elektrický náboj jako samostatná látka a to, co vnímáme jako nabité částice, jsou krky mikroskopických krtinců proražených elektrickým polem [22] .
• Kip Thorne a Michael Morris. Pozornost byla věnována souvislosti mezi existencí červích děr a porušením kauzality.
• Matt Visser. Publikoval přelomovou knihu Lorentzian wormholes: from Einstein to Hawking , shrnující vývoj teorie červích děr až do roku 1995.
• Sergej Suškov. Navrhl myšlenku samoudržující červí díry , která je chráněna před zhroucením vakuovou polarizací způsobenou geometrií této díry.
• Sergej Krasnikov ukázal, že prázdné červí díry, které vznikly v raném vesmíru, mohou zůstat průchodné během makroskopického času díky Sushkovovu mechanismu.
• Nikolaj Semjonovič Kardashev zpopularizoval myšlenku, že v centru galaxií nejsou masivní černé díry, ale ústí červích děr [23] .

Poznámky

1. ↑ slovar.cc/rus/efremova-talk/298087.html
2. ↑ Space-Journal: Wormhole . Získáno 6. listopadu 2011. Archivováno z originálu 16. února 2012. (neurčitý)
3. ↑ Zelená, Briane . Vesmírná tkanina. Prostor, čas a struktura reality . - M .: Knižní dům "LIBRCOM", 2009. Pp. 464-471.
4. ↑ Fewster CJ , Olum KD , Pfenning MJ Zprůměrovaný stav nulové energie v časoprostoru s hranicemi  // Phys. Rev. D. - 2007. - Sv. 75, č.p. 2. - doi : 10.1103/PhysRevD.75.025007 . Archivováno z originálu 6. března 2019.
5. ↑ Visser M. Gravitační vakuová polarizace. II. Energetické podmínky v Boulwareově vakuu  // Physical Review D. - Vol. 54, č.p. 8. doi : 10.1103/PhysRevD.54.5116 . Archivováno z originálu 6. března 2019.
6. ↑ Graham N. , Olum KD Achronal averaged null energy condition  // Physical Review D. - 2007. - Vol. 76, č.p. 6. - doi : 10.1103/PhysRevD.76.064001 . Archivováno z originálu 6. března 2019.
7. ↑ Urban D. , Olum KD Spacetime averaged null energy condition  // Physical Review D. - 2010. - Vol. 81, č.p. 6. doi : 10.1103/PhysRevD.81.124004 . Archivováno z originálu 10. prosince 2021.
8. ↑ Kvantové zapletení a červí díry spolu mohou úzce souviset . ahoj-news.ru. Získáno 11. října 2015. Archivováno z originálu 12. října 2015. (neurčitý)
9. ↑ Juan Maldacena Černé díry, červí díry a tajemství kvantového časoprostoru // Ve světě vědy . - 2017. - č. 1/2. - S. 82-89.
10. ↑ Michael; Morris. Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition  (anglicky)  // Physical Review Letters  : journal. - 1988. - Sv. 61 , č. 13 . - S. 1446-1449 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.61.1446 . - . — PMID 10038800 .
11. ↑ 12 Kip S. Thorne . Černé díry a zakřivení času. - W. W. Norton , 1994. - ISBN 978-0-393-31276-8 .
12. ↑ Matt . From wormhole to time machine: Comments on Hawking's Chronology Protection Conjecture  // Physical Review D  : journal  . - 1993. - Sv. 47 , č. 2 . - str. 554-565 . - doi : 10.1103/PhysRevD.47.554 . — . - arXiv : hep-th/9202090 .
13. ↑ Visser, Matt (2002), Kvantová fyzika ochrany chronologie, arΧiv : gr-qc/0204022 . 
14. ↑ Matt . Traversable wormholes: the Roman ring  (anglicky)  // Physical Review D  : journal. - 1997. - Sv. 55 , č. 8 . - S. 5212-5214 . - doi : 10.1103/PhysRevD.55.5212 . — . - arXiv : gr-qc/9702043 .
15. ↑ David; německy Quantum Mechanics Near Closed Timelike Lines  (anglicky)  // Physical Review D  : journal. - 1991. - Sv. 44 , č. 10 . - doi : 10.1103/PhysRevD.44.3197 . - .
16. ↑ Brun a kol. Lokalizované uzavřené časové křivky dokážou dokonale rozlišit kvantové stavy  // Physical Review Letters  : journal  . - 2009. - Sv. 102 , č. 21 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.210402 . - . - arXiv : 0811.1209 . — PMID 19519086 .
17. ↑ Pati. Čištění smíšených stavů s uzavřenou časovou křivkou není možné  // Physical Review A  : journal  . - 2011. - Sv. 84 , č. 6 . - doi : 10.1103/PhysRevA.84.062325 . - . - arXiv : 1003.4221 .
18. ↑ Rodrigo, Enrico. Fyzika hvězdných bran. - Eridanus Press, 2010. - S. 281. - ISBN 978-0-9841500-0-7 .
19. ↑ Josef; Polchinski. Weinberg's Nonlinear quantum Mechanics and the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox  (anglicky)  // Physical Review Letters  : journal. - 1991. - Sv. 66 , č. 4 . - S. 397-400 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.66.397 . - . — PMID 10043797 .
20. ↑ Enrico Rodrigo, The Physics of Stargates: Parallel Universes, Time Travel, and the Enigma of Wormhole Physics , Eridanus Press, 2010, str. 281.
21. ↑ Samuel Walker, „Inter-universal travel: I didn't start from here Archived 26 October 2019 at Wayback Machine , New Scientist (1 February 2017).
22. ↑ Zelená, 2021 , Ničení černých děr.
23. ↑ Ponizovkin A. Akademik N.S. Kardashev: "Astrofyzika spojuje lidstvo" // Věda Uralu. - 2015. - č. 3 (1112).

Literatura

• Brian Green. Dokonce časů. Vědomí, hmota a hledání smyslu v měnícím se vesmíru = Brian Greene. Až do konce času: Mysl, hmota a naše hledání smyslu ve vyvíjejícím se vesmíru.. - M .: Alpina literatura faktu, 2021. - 548 s. - ISBN 978-5-00139-343-6 .
• DeBenedictis, Andrew a Das, A. O obecné třídě geometrií červích děr . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Džunušaliev, Vladimír. Řetězce v Einsteinově paradigmatu hmoty . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Einstein A. , Rosen N. Problém částic v obecné teorii relativity  // Phys. Rev. - 1935. - Sv. 48. - S. 73-77.
• Fuller RW , Wheeler JA Kauzalita a mnohonásobně propojený prostoročas  // Phys. Rev. - 1962. - Sv. 128, č. 2. - S. 919-929.
• Garattini, Remo. Jak Spacetime Foam upravuje cihlovou zeď . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• González-Díaz, Pedro F. Kvantový stroj času . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• González-Díaz, Pedro F. Ringholes a uzavřené časové křivky . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Khatsymosky, Vladimir M. K možnosti samoobslužné vakuové průchodné červí díry . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Krasnikov, Serguei. Protipříklad ke kvantové nerovnosti . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Krasnikov, Serguei. Kvantové nerovnosti nezakazují časoprostorové zkratky . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Li, Li-Xin. Dva otevřené vesmíry spojené červí dírou: Přesná řešení . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Morris M. , Thorne K. , Yurtsever U. Červí díry, stroje času a stav slabé energie  // Physical Review Letters. - 1988. - Sv. 61, č.p. 13. - S. 1446-1449. - .
• Morris MS , Thorne KS Červí díry v časoprostoru a jejich využití pro mezihvězdné cestování: Nástroj pro výuku obecné teorie relativity  // American Journal of Physics. - 1988. - Sv. 56. - S. 395-412. Archivováno z originálu 1. července 2011. .
• Nandi, Kamal K. a Zhang, Yuan-Zhong. Kvantové omezení fyzické životaschopnosti klasických průchodných Lorentzových červích děr . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Ori, Amosi. Nový model stroje času s kompaktním vakuovým jádrem . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Roman, Thomas, A. Některé myšlenky o energetických podmínkách a červích dírách . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Theo, Edwarde. Rotující průchozí červí díry . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Visser, Matt. Kvantová fyzika ochrany chronologie od Matta Vissera. . tiskový server arXiv . Staženo: 12. srpna 2005. (neurčitý)
• Visser M. Průchodné červí díry: Několik jednoduchých příkladů  // Phys. Rev. D. - 1989. - Sv. 39, č. 10. - S. 3182-3184. - doi : 10.1103/PhysRevD.39.3182 .

Odkazy

• Zimní K. Wormhole "- koridor času . Televizní studio Roskosmos (12. 11. 2011). (neurčitý)
• Co je to vlastně „červí díra“? Byla prokázána existence červích děr nebo jsou stále teoretické?  (anglicky) . Scientific American, Division of Nature America, Inc. (15. září 1997).
• Visser M. Proč červí díry? . Články  o obecném zájmu . Victoria University of Wellington, Nový Zéland (3. října 1996) .
• Současná teorie o vytváření červích děr .  Nápady založené na tom, čeho bychom chtěli dosáhnout . NASA.gov _ _
• Rodrigo E. Otázky a odpovědi o červích dírách  ( 2005).
• Müller Th. Vizualizace Morris-Thorne červí díry . Institut für Visualisierung und Interaktive Systeme  (anglicky)  (odkaz není k dispozici) . Universität Stuttgart . Datum přístupu: 15. února 2015. Archivováno z originálu 19. července 2011.

Tematické stránky	Obří bomba
Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Skvělý norský Britannica (online)
V bibliografických katalozích	BNF : 159222287 GND : 1141807319 J9U : 987007532742605171 LCCN : sh2004010731 SUDOC : 131066986