Täheuniversum on tulvil palju saladusi. Einsteini loodud üldrelatiivsusteooria (GR) järgi elame neljamõõtmelises aegruumis. See on kõver ja meile kõigile tuttav gravitatsioon on selle omaduse ilming. Mateeria paindub, "painutab" ruumi enda ümber ja mida rohkem, seda tihedam see on. Ruum, ruum ja aeg on kõik väga huvitavad teemad. Pärast selle artikli lugemist saate nende kohta kindlasti midagi uut teada.
Kumeruse idee
Paljud teised gravitatsiooniteooriad, mida tänapäeval on sadu, erinevad üksikasjade poolest üldrelatiivsusteooriast. Kuid kõik need astronoomilised hüpoteesid säilitavad peamise - kõveruse idee. Kui ruum on kõver, siis võib eeldada, et see võib võtta näiteks toru kuju, mis ühendab alasid, mida eraldab palju valgusaastaid. Ja võib-olla isegi üksteisest kaugel olevad ajastud. Me ei räägi ju meile tuttavast ruumist, vaid kosmost mõeldes aegruumist. Auk seesilmuvad ainult teatud tingimustel. Kutsume teid üles vaatama lähem alt sellist huvitavat nähtust nagu ussiaugud.
Esimesed ideed ussiaukude kohta
Süvakosmos ja selle saladused kutsuvad. Mõtted kumerusest tekkisid kohe pärast GR avaldamist. Austria füüsik L. Flamm ütles juba 1916. aastal, et ruumigeomeetria võib eksisteerida omamoodi augu kujul, mis ühendab kahte maailma. Matemaatikud N. Rosen ja A. Einstein märkasid 1935. aastal, et kõige lihtsamad võrrandite lahendused üldrelatiivsusteooria raames, mis kirjeldavad isoleeritud elektriliselt laetud või neutraalseid allikaid, mis tekitavad gravitatsioonivälju, on ruumilise "silla" struktuuriga. See tähendab, et need ühendavad kahte universumit, kahte peaaegu tasast ja identset aegruumi.
Hiljem hakati neid ruumilisi struktuure nimetama "ussiaukudeks", mis on üsna lahtine tõlge ingliskeelsest sõnast wormhole. Selle lähem tõlge on "ussiauk" (kosmoses). Rosen ja Einstein ei välistanud isegi võimalust kasutada neid "sildu" nende abiga elementaarosakeste kirjeldamiseks. Tõepoolest, antud juhul on osake puht alt ruumiline moodustis. Seetõttu ei ole vaja laengu või massi allikat konkreetselt modelleerida. Ja kauge väline vaatleja, kui ussiauk on mikroskoopiliste mõõtmetega, näeb ühes neist ruumidest ainult laengu ja massiga punktallikat.
Einstein-Roseni "Sillad"
Elektrilised jõujooned sisenevad urgu ühelt poolt ja teiselt poolt väljuvad nad ilma, et need lõppeksid või kuskilt algaksid. Ameerika füüsik J. Wheeler ütles sel puhul, et saadakse "laeng ilma laenguta" ja "mass ilma massita". Sel juhul pole üldse vaja arvestada, et sild ühendab kahte erinevat universumit. Mitte vähem kohane poleks oletus, et ussiaugu mõlemad "suud" lähevad samasse universumisse, kuid eri aegadel ja eri punktides selles. Selgub midagi, mis meenutab õõnsat "käepidet", kui see on õmmeldud peaaegu lameda tuttava maailma külge. Suhu sisenevad jõujooned, mida võib mõista negatiivse laenguna (oletame, et elektron). Suus, kust nad väljuvad, on positiivne laeng (positron). Mis puutub massidesse, siis need on mõlemal küljel ühesugused.
Einstein-Roseni "sildade" moodustamise tingimused
See pilt ei ole kogu oma atraktiivsusest hoolimata osakeste füüsikas mitmel põhjusel levima hakanud. Ei ole lihtne omistada kvantomadusi Einsteini-Roseni "sildadele", mis on mikromaailmas asendamatud. Sellist "silda" ei moodustata osakeste (prootonite või elektronide) laengute ja masside teadaolevate väärtuste jaoks. "Elektriline" lahendus ennustab hoopis "paljast" singulaarsust ehk punkti, kus elektriväli ja ruumi kõverus muutuvad lõpmatuks. Sellistel punktidel mõisteaegruum kaotab isegi kõveruse korral oma tähenduse, kuna on võimatu lahendada võrrandeid, millel on lõpmatu arv liikmeid.
Millal GR ebaõnnestub?
OTO teatab ise täpselt, millal see töö lõpetab. Kaelal, "silla" kitsamas kohas, on ühenduse sujuvuse rikkumine. Ja tuleb öelda, et see on pigem mittetriviaalne. Kaugvaatleja positsioonilt peatub aeg selle kaela juures. See, mida Rosen ja Einstein arvasid, oli kurk, on nüüd määratletud kui musta augu sündmuste horisont (kas laetud või neutraalne). "Silla" eri külgedelt pärit kiired või osakesed langevad horisondi erinevatele "lõikudele". Ja selle vasaku ja parema osa vahel on suhteliselt mittestaatiline ala. Ala läbimiseks on võimatu seda mitte läbida.
Suutmatus mustast august läbi pääseda
Suhteliselt suure musta augu horisondile lähenev kosmoselaev näib jäävat igaveseks. Üha harvemini jõuavad se alt signaalid … Vastupidi, laevakella järgi horisondile jõutakse lõpliku ajaga. Kui laev (valgusvihk või osake) sellest möödub, satub see peagi singulaarsusse. Siin muutub kõverus lõpmatuks. Singulaarsuses (veel selle poole teel) saab väljavenitatud keha paratamatult rebenenud ja muljuda. See on musta augu toimimise reaalsus.
Täiendavad uuringud
Aastatel 1916-17. Saadi Reisner-Nordströmi ja Schwarzschildi lahendused. Neissfääriliselt kirjeldab sümmeetrilisi elektriliselt laetud ja neutraalseid musti auke. Kuid füüsikud suutsid nende ruumide keerukat geomeetriat täielikult mõista alles 1950. ja 60. aastate vahetusel. Just siis pakkus D. A. Wheeler, kes on tuntud oma töö poolest gravitatsiooniteooria ja tuumafüüsika vallas, välja mõisted "ussiauk" ja "must auk". Selgus, et Reisner-Nordströmi ja Schwarzschildi ruumides on kosmoses tõesti ussiaugud. Need on kaugel vaatlejale täiesti nähtamatud, nagu mustad augud. Ja nagu nemad, on ka ussiaugud kosmoses igavesed. Kui aga rändur tungib horisondi taha, kukuvad need kokku nii kiiresti, et neist ei pääse läbi valguskiir ega massiivne osake, laevast rääkimata. Teise suhu lendamiseks, singulaarsusest mööda minnes, peate liikuma valgusest kiiremini. Praegu usuvad füüsikud, et supernoova energia ja aine kiirused on põhimõtteliselt võimatud.
Schwarzschildi ja Reisner-Nordströmi mustad augud
Schwarzschildi musta auku võib pidada läbimatuks ussiauguks. Mis puudutab Reisner-Nordströmi musta auku, siis see on mõnevõrra keerulisem, kuid samas ka läbimatu. Siiski pole nii raske välja mõelda ja kirjeldada neljamõõtmelisi ussiauke ruumis, mida saaks läbida. Peate lihts alt valima vajaliku mõõdiku tüübi. Meetriline tensor ehk mõõdik on väärtuste kogum, mida saab kasutada sündmusepunktide vahel eksisteerivate neljamõõtmeliste intervallide arvutamiseks. See väärtuste komplekt iseloomustab täielikult nii gravitatsioonivälja kui kaaegruumi geomeetria. Geomeetriliselt läbitavad ussiaugud kosmoses on isegi lihtsamad kui mustad augud. Neil pole silmaringi, mis aja möödudes kataklüsmideni viiksid. Eri punktides võib aeg kulgeda erinevas tempos, kuid see ei tohiks peatuda ega lõputult kiireneda.
Kaks rida ussiaukude uurimist
Loodus on seadnud ussiaukude ilmumisele barjääri. Inimene on aga paigutatud nii, et kui on takistus, siis alati leidub neid, kes tahavad sellest üle saada. Ja teadlased pole erand. Ussiaukude uurimisega tegelevate teoreetikute tööd võib tinglikult jagada kaheks üksteist täiendavaks valdkonnaks. Esimene käsitleb nende tagajärgedega arvestamist, eeldades eelnev alt, et ussiaugud on olemas. Teise suuna esindajad püüavad aru saada, millest ja kuidas need tekkida võivad, millised tingimused on nende tekkeks vajalikud. Sellesuunalisi töid on rohkem kui esimeses ja võib-olla on need huvitavamad. See valdkond hõlmab ussiaukude mudelite otsimist ja nende omaduste uurimist.
Vene füüsikute saavutused
Nagu selgus, saab ussiaukude ehitamise materjaliks oleva aine omadusi realiseerida tänu kvantväljade vaakumi polariseerumisele. Sellele järeldusele jõudsid hiljuti vene füüsikud Sergei Sushkov ja Arkadi Popov koos Hispaania teadlase David Hochbergi ja Sergei Krasnikoviga. Vaakum antud juhul ei oletühjus. See on kvantseisund, mida iseloomustab madalaim energia, see tähendab väli, milles pole reaalseid osakesi. Sellel väljal ilmuvad pidev alt "virtuaalsete" osakeste paarid, mis kaovad enne, kui seadmed neid tuvastavad, kuid jätavad oma jälje energiatensori kujul, see tähendab impulsi, mida iseloomustavad ebatavalised omadused. Hoolimata asjaolust, et aine kvantomadused avalduvad peamiselt mikrokosmoses, võivad nende tekitatud ussiaugud teatud tingimustel ulatuda märkimisväärse suuruseni. Üks Krasnikovi artiklitest, muide, kannab nime "Ussiaukude oht".
Filosoofia küsimus
Kui ussiaugud kunagi rajatakse või avastatakse, seisab teaduse tõlgendamisega tegelev filosoofia valdkond silmitsi uute, ja pean ütlema, väga raskete väljakutsetega. Vaatamata ajasilmuste näilisele absurdsusele ja põhjuslikkuse rasketele probleemidele saab see teadusvaldkond selle ilmselt kunagi selgeks. Nii nagu nad tegelesid kvantmehaanika ja Einsteini loodud relatiivsusteooria probleemidega. Ruum, ruum ja aeg – kõik need küsimused on huvitanud inimesi igas vanuses ja ilmselt pakuvad nad meile alati huvi. Neid on peaaegu võimatu täielikult tunda. Kosmoseuuringuid ei jõuta tõenäoliselt kunagi lõpule.
