- Mikä on avaruusaika?
- Tunnelit avaruuden ja ajan läpi
- Matoreikien epävakaus
- Erot mustien reikien ja madonreikien välillä
- Lajikkeita / tyyppejä madonreikiä
- Näytetäänkö madonreikiä koskaan?
- Viitteet
Madonreikä, astrofysiikan ja kosmologian, on käytävä yhdistää kaksi pistettä kudoksen tila-aika. Aivan kuin pudottava omena inspiroi Isaac Newtonin gravitaatioteoriaa vuonna 1687, omenoita lävistävät madot ovat innoittaneet uusia teorioita, myös gravitaation puitteissa.
Aivan kuten mato onnistuu pääsemään toiseen kohtaan omenan pinnalla tunnelin kautta, avaruus-aika-matoreiät muodostavat teoreettiset oikotiet, jotka sallivat sen matkustaa maailmankaikkeuden kauempiin osiin vähemmässä ajassa.
Avaruus-ajan madonreikä: taiteellinen visio. Lähde: Pixabay.
Se on idea, joka on vallannut ja vangitsee edelleen monien mielikuvitusta. Samaan aikaan kosmologit etsivät kiireellisesti tapoja todistaa sen olemassaolo. Mutta tällä hetkellä he ovat edelleen spekuloinnin kohteena.
Jotta pääsemme hiukan lähemmäksi matoreikien ymmärtämistä, mahdollisuutta ajaa niiden läpi ja matoreikien ja mustien reikien välisistä eroista, meidän on tarkasteltava avaruus-ajan käsitettä.
Mikä on avaruusaika?
Avaruus-ajan käsite liittyy läheisesti madonreiän käsitteeseen. Siksi on ensin selvitettävä, mikä se on ja mikä sen pääominaisuus on.
Avaruusaika tapahtuu jokaisessa universumin tapahtumassa. Ja maailmankaikkeus puolestaan on avaruus-aika-kokonaisuus, joka kykenee majoittamaan kaikenlaiset aineenergian muodot ja enemmän…
Kun sulhanen tapaa morsiamen, se on tapahtuma, mutta tällä tapahtumalla on alueelliset koordinaatit: kohtauspaikka. Ja aikakoordinaatti: kokouksen vuosi, kuukausi, päivä ja aika.
Tähteen syntyminen tai supernoovan räjähdys ovat myös tapahtumia, jotka tapahtuvat avaruusajassa.
Nyt maailmankaikkeuden alueella, jossa ei ole massaa ja vuorovaikutusta, avaruusaika on tasainen. Tämä tarkoittaa, että kaksi rinnakkain alkavaa valonsätettä jatkuu tällä tavoin, kunhan ne pysyvät kyseisellä alueella. Muuten, sillä valonsäde on ikuinen.
Tila-aika ei tietenkään ole aina tasaista. Universumi sisältää esineitä, joilla on massa, joka modifioi avaruus-aikaa, aiheuttaen avaruus-aika-kaarevuuden universaalisessa mittakaavassa.
Se oli Albert Einstein, joka huomasi inspiraatiohetkellä kutsuvansa "elämäni onnellisimmaksi ajatukseksi", että nopeutettu tarkkailija on paikallisesti erotettavissa massiivisen esineen lähellä olevasta. Se on kuuluisa vastaavuusperiaate.
Ja kiihdytetty tarkkailija taivuttaa avaruus-aikaa, ts. Euklidinen geometria ei ole enää kelvollinen. Siksi massiivisen esineen, kuten tähti, planeetta, galaksi, musta reikä tai itse maailmankaikkeus, ympäristö-aika taipuu.
Ihmiset näkevät tämän kaarevuuden voimana, jota kutsutaan painovoimaksi, jokapäiväistä, mutta samalla salaperäistä.
Painovoima on yhtä arvoituksellinen kuin voima, joka vetää meidät eteenpäin, kun linja-auto, jossa matkustamme, jarruttaa voimakkaasti. Vaikuttaa siltä, että yhtäkkiä jotain näkymätöntä, tummaa ja massiivista tulee hetkeksi eteenpäin ja houkuttelee meitä eteenpäin.
Planeetat liikkuvat elliptisesti Auringon ympäri, koska sen massa tuottaa avaruuden ja ajan pinnan syvennyksen, joka aiheuttaa planeettojen kaarevan polkujaan. Valonsäde myös kaareu polkuaan seuraamalla Auringon aikaansaamaa avaruus-aikapainetta.
Tunnelit avaruuden ja ajan läpi
Jos avaruus-aika on kaareva pinta, periaatteessa mikään ei estä yhtä aluetta kytkeytymästä toiseen tunnelin läpi. Tällaisen tunnelin läpi matkustaminen ei tarkoittaisi vain paikkojen vaihtamista, mutta tarjoaa myös mahdollisuuden mennä toiseen aikaan.
Tämä idea on inspiroinut monia scifi-kirjoja, -sarjoja ja elokuvia, mukaan lukien kuuluisa 1960-luvun amerikkalainen sarja "Aika tunneli" ja äskettäin "Deep Space 9" Star Trek -fransseista ja vuoden 2014 elokuva Interstellar.
Idea syntyi Einsteiniltä, joka etsien ratkaisuja yleisen suhteellisuuden kenttäyhtälöihin, löysi yhdessä Nathan Rosenin kanssa teoreettisen ratkaisun, joka sallii kahden eri avaruusalue-alueen yhdistämisen tunnelin kautta, joka toimi pikakuvakkeena.
Tämä ratkaisu tunnetaan nimellä Einstein - Rosen-silta ja esiintyy vuonna 1935 julkaistussa teoksessa.
Termiä "madonreikä" käytettiin kuitenkin ensimmäisen kerran vuonna 1957 teoreettisten fyysikkojen John Wheelerin ja Charles Misnerin ansiosta kyseisen vuoden julkaisussa. Aikaisemmin ”yhden ulottuvuuden putkista” oli puhuttu viittaamaan samaan ajatukseen.
Myöhemmin vuonna 1980 Carl Sagan kirjoitti tieteiskirjallisuutta "Contact", kirjaa, josta tehtiin myöhemmin elokuva. Päähenkilö nimeltä Elly löytää älykkään maapallon ulkopuolisen elämän 25 tuhannen valovuoden päässä. Carl Sagan halusi Ellyn matkustavan sinne, mutta tieteellisesti uskottavalla tavalla.
25 tuhannen valovuoden matkan päässä matkustaminen ei ole helppo tehtävä ihmiselle, paitsi jos etsitään pikakuvaketta. Musta reikä ei voi olla ratkaisu, koska lähestyessään singulaarisuutta, differentiaalinen painovoima repeäisi avaruusaluksen ja sen miehistön toisistaan.
Etsimään muita mahdollisuuksia, Carl Sagan kuuli yhtä ajankohdan johtavia mustan aukon asiantuntijoita: Kip Thornea, joka alkoi miettiä asiaa ja ymmärsi, että Einstein-Rosen-sillat tai matoaukot Pyörät olivat ratkaisu.
Thorne kuitenkin huomasi myös, että matemaattinen ratkaisu oli epävakaa, ts. Tunneli aukeaa, mutta pian sen jälkeen, kun se kuristaa ja katoaa.
Matoreikien epävakaus
Onko matoreikiä mahdollista kuljettaa pitkiä matkoja tilassa ja ajassa?
Maalireiät on keksittyään lähtien palvellut lukuisissa tieteiskirjallisuusjuonnoissa viedäkseen päähenkilönsä syrjäisiin paikkoihin ja kokeakseen epälineaarisen ajan paradokseja.
Kip Thorne löysi kaksi mahdollista ratkaisua madonreiän epävakauden ongelmaan:
- Niin kutsutun kvanttivaahdon kautta. Planckin asteikolla (10-35 m) on kvanttivaihteluita, jotka kykenevät yhdistämään kaksi avaruus-ajan aluetta mikrotunelien läpi. Hypoteettinen erittäin edistynyt sivilisaatio voisi löytää tavan laajentaa käytäviä ja pitää niitä riittävän kauan ihmisen läpi.
- Negatiivinen massa-aine. Thornen itsensä vuonna 1990 julkaisemien arvioiden mukaan tarvittaisiin valtavia määriä tätä vieraita aineita madonreiän päiden pitämiseksi auki.
Merkittävä asia tässä viimeisessä ratkaisussa on, että toisin kuin mustia reikiä, siinä ei ole singulaarisuutta tai kvantti-ilmiöitä, ja ihmisten kulku tämän tyyppisissä tunneleissa olisi mahdollista.
Tällä tavoin madonreiki ei mahdollistaisi vain avaruuden etäisten alueiden yhdistämisen, vaan myös erottamisen ajallaan. Siksi ne ovat koneita ajalle matkalle.
Stephen Hawking, suuri kosmologian referenssi 1900-luvun lopulla, ei uskonut, että madonreikiä tai aikakoneita olisi mahdollista toteuttaa niistä johtuvien monien paradoksien ja ristiriitaisuuksien vuoksi.
Se ei ole tukahduttanut muiden tutkijoiden mielenkiintoa, jotka ovat ehdottaneet mahdollisuutta, että kaksi mustaa reikää avaruuden eri alueilla yhdistyvät sisäisesti madonreiän avulla.
Vaikka tämä ei olisi käytännöllistä avaruus-aikamatkoilla, koska lukuun ottamatta ahdistuksia, joita mustan aukon yksilöllisyyden saavuttaminen aiheuttaisi, toisesta päästä ei olisi mahdollista poistua, koska se on toinen musta aukko.
Erot mustien reikien ja madonreikien välillä
Kun puhut madonreiästä, ajattelet myös heti mustia reikiä.
Musta reikä muodostuu luonnollisesti tähden evoluution ja kuoleman jälkeen, jolla on tietty kriittinen massa.
Se syntyy, kun tähti kuluttaa ydinpolttoaineensa ja alkaa supistua peruuttamattomasti oman painovoimansa vuoksi. Se jatkuu armottomasti, kunnes aiheuttaa sellaisen romahduksen, ettei mikään lähempänä tapahtumahorisontin sädettä pääse edes valoon.
Vertailuna voidaan todeta, että madonreikä on harvinainen, seuraus hypoteettisesta poikkeavuudesta avaruus-ajan kaarevuudessa. Teoriassa on mahdollista käydä läpi ne.
Kuitenkin, jos joku yrittäisi kulkea mustan aukon läpi, voimakas painovoima ja äärimmäinen säteily säteilyn läheisyydessä muuttaisivat siitä ohuen subatomisten hiukkasten säikeen.
Mustien reikien olemassaolosta on epäsuoraa ja vasta viime aikoina suoraa näyttöä. Näiden todisteiden joukossa ovat gravitaatioaaltojen säteily ja havaitseminen kahden kolossaalisen mustan aukon vetämisen ja kiertämisen avulla, jotka LIGO-gravitaatioaalto-observatorio havaitsi.
On todisteita siitä, että super massiivinen musta aukko on olemassa suurten galaksien keskellä, kuten Linnunratamme.
Tähtien nopea kiertyminen lähellä keskustaa, samoin kuin sieltä tuleva valtava määrä korkeataajuista säteilyä, ovat epäsuoraa näyttöä siitä, että on olemassa valtava musta aukko, joka selittää näiden ilmiöiden läsnäolon.
Juuri 10. huhtikuuta 2019 maailmalle esitettiin ensimmäinen valokuva supermassiivisesta mustasta aukosta (7 miljardia kertaa Auringon massa), joka sijaitsee kaukana galaksissa: Messier 87 Neitsyt-tähdistössä, 55 miljoonalla valovuoden päässä maasta.
Tämän valokuvan mustasta aukosta teki mahdolliseksi maailmanlaajuinen teleskooppien verkosto, nimeltään ”Event Horizon Telescope”, johon osallistui yli 200 tutkijaa ympäri maailmaa.
Toisaalta, madonreikistä ei ole toistaiseksi todisteita. Tutkijat ovat kyenneet havaitsemaan ja jäljittämään mustan aukon, mutta sama ei ole ollut mahdollista madonreikien kanssa.
Siksi ne ovat hypoteettisia kohteita, vaikkakin teoreettisesti toteutettavissa, koska myös mustat aukot olivat kerran.
Lajikkeita / tyyppejä madonreikiä
Vaikka niitä ei ole vielä havaittu tai kenties juuri tämän vuoksi, matoreikien kohdalla on kuviteltu erilaisia mahdollisuuksia. Ne ovat kaikki teoreettisesti toteutettavissa, koska ne täyttävät Einsteinin yhtälöt yleisestä suhteellisuudesta. Tässä on joitain:
- Matoreiät, jotka yhdistävät saman maailmankaikkeuden kaksi avaruus-aika-aluetta.
- Matoreiät, jotka kykenevät yhdistämään yhden maailmankaikkeuden toiseen maailmankaikkeuteen.
- Einstein-Rosen-sillat, joissa aine voi siirtyä aukosta toiseen. Vaikka tämä aineen kulku aiheuttaisi epävakautta, aiheutti tunnelin romahtaminen itsestään.
- Kip Thorne -matoreikä, jonka pallomainen kuori sisältää negatiivisia massa-aineita. Se on vakaa ja kulkeva molemmissa suunnissa.
- Ns. Schwarzschild-matoreikä, joka koostuu kahdesta kytketystä staattisesta mustasta aukosta. Niitä ei voida kulkea, koska aine ja valo ovat loukussa molempien ääripäiden välillä.
- Kuormitetut ja / tai pyörivät tai Kerr-matoreiät, jotka koostuvat kahdesta sisäisesti kytketystä dynaamisesta mustasta aukosta, jotka voidaan kulkea vain yhteen suuntaan.
- Avaruus-ajan kvanttinen vaahto, jonka olemassaoloa on teoriassa alaatomisella tasolla. Vaahto koostuu erittäin epävakaista subatomisista tunneleista, jotka yhdistävät eri vyöhykkeet. Niiden vakauttaminen ja laajentaminen vaatisi kvarki-gluoniplasman luomista, jonka tuottamiseen tarvittaisiin lähes ääretön määrä energiaa.
- Äskettäin, jousiteorian ansiosta, kosmisen jousien tukemia madonreikiä on teoretisoitu.
- Kiertyneet ja sitten erotetut mustat aukot, joista syntyy avaruus-aukko, tai Einstein-Rosen-silta, jota pitää painovoima yhdessä. Se on fyysikkojen Juan Maldacenan ja Leonard Susskindin syyskuussa 2013 ehdottama teoreettinen ratkaisu.
Ne ovat kaikki täysin mahdollisia, koska ne eivät ole ristiriidassa Einsteinin yhtälöiden kanssa suhteellisuudesta.
Näytetäänkö madonreikiä koskaan?
Pitkään kauan mustat aukot olivat teoreettisia ratkaisuja Einsteinin yhtälöihin. Einstein itse kyseenalaisti mahdollisuuden, että ihmiskunta pystyi koskaan havaitsemaan ne.
Albert Einstein (1879-1955), suhteellisuusteorian kirjoittaja. Lähde: Pixabay.
Joten mustat aukot pysyivät pitkään teoreettisena ennusteena, kunnes ne löydettiin ja löydettiin. Tutkijoilla on sama toivo matoreikistä.
On hyvin mahdollista, että he ovat myös siellä, mutta niiden löytämistä ei ole vielä opittu. Vaikka hyvin tuoreen julkaisun mukaan matoreikiä jättäisi jälkiä ja varjoja havaittavissa jopa kaukoputkilla.
Fotonien uskotaan kiertävän madonreiän ympäri muodostaen valoisan renkaan. Lähimmät fotonit putoavat sisälle ja jättävät taakseen varjon, jonka avulla ne voidaan erottaa mustista reikistä.
Intian Mumbain Tata-tutkimustutkimuslaitoksen fyysikon Rajibul Shaikhin mukaan pyörivä madonreikä tuottaa suuremman ja vääntyneen varjon kuin musta aukko.
Shaikh on työssään tutkinut tietyn kehruu-matoreikien luokan heittämiä teoreettisia varjoja keskittyen reikä kurkun ratkaisevaan rooliin fotonivarjojen muodostumisessa, joka mahdollistaa sen tunnistamisen ja erottamisen mustasta aukosta.
Shaikh on myös analysoinut varjon riippuvuutta madonreiän spinistä ja vertaillut sitä myös kehruvan Kerr-mustan aukon heittämään varjoon löytäen merkittäviä eroja. Se on täysin teoreettinen työ.
Paitsi, että madonreiät pysyvät toistaiseksi matemaattisina abstraktioina, mutta on mahdollista, että jotkut havaitaan pian. Mikä on toisessa ääripäässä, on edelleen arveluttava aihe.
Viitteet
- Kvanttien takertuminen voi aiheuttaa painovoiman. Otettu Cienciaaldia.com -sivulta
- Fysiikan kehitys, osa 61, numero syyskuu 2013, sivut 781-811
- Madonreikä. Otettu wikipedia.org-sivustosta
- Avaruusaika. Otettu wikipedia.org-sivustosta.
- David Nield (2018). Hullu uusi kirja ehdottaa madonreikien valettuja varjoja, jotka voimme helposti nähdä teleskoopeilla. Otettu osoitteesta sciencealert.com