ORMHUL: HISTORIE, TEORI, TYPER, DANNELSE - ARTE - 2024

Et ormehul i astrofysik og kosmologi er en passage, der forbinder to punkter i rummet-stoffet. Ligesom det faldende æble inspirerede Isaac Newtons gravitationsteori i 1687, har ormene, der gennemborer æbler, inspireret nye teorier, også inden for gravitationsrammen.

Ligesom ormen formår at nå et andet punkt på æblets overflade gennem en tunnel, er ormen i rumtid teoretiske genveje, der gør det muligt at rejse til fjerne dele af universet på kortere tid.

Ordet hulrum i rummet: kunstnerisk vision. Kilde: Pixabay.

Det er en idé, der har fanget og fortsætter med at fange fantasien for mange. I mellemtiden er kosmologer travlt med at lede efter måder at bevise dets eksistens. Men i øjeblikket er de stadig genstand for spekulation.

For at komme lidt tættere på forståelse af ormehuller, muligheden for tidsrejser gennem dem og forskellene, der findes mellem ormehuller og sorte huller, skal vi se på begrebet rum-tid.

Hvad er rumtid?

Begrebet rum-tid er tæt knyttet til ormhullets. Derfor er det nødvendigt først at fastlægge, hvad det er, og hvad dets vigtigste egenskab er.

Rumtid er hvor hver begivenhed i universet finder sted. Og universet er til gengæld totalrummet, der er i stand til at rumme alle former for materienergi og mere…

Når brudgommen møder bruden, er det en begivenhed, men denne begivenhed har rumlige koordinater: mødestedet. Og en tidskoordinat: år, måned, dag og tidspunkt for mødet.

Fødselen af ​​en stjerne eller eksplosionen af ​​en supernova er også begivenheder, der finder sted i rummet.

I en region i universet, der er fri for masse og interaktioner, er rumtiden flad. Det betyder, at to lysstråler, der starter parallelt, fortsætter sådan, så længe de forbliver i det område. Forresten, for en lysstråle er evig.

Naturligvis er rumtid ikke altid flad. Universet indeholder objekter, der har masse, der ændrer rum-tid, hvilket forårsager en rum-tid krumning på en universel skala.

Det var Albert Einstein selv, som i et øjeblik af inspiration indså, at han kaldte "den lykkeligste idé i mit liv", at en accelereret observatør lokalt kan skelnes fra en der er tæt på et massivt objekt. Det er det berømte ækvivalensprincip.

Og en accelereret observatør bøjer rum-tid, det vil sige, den euklidiske geometri er ikke længere gyldig. Derfor er rumtid bøjet i miljøet af en massiv genstand som en stjerne, en planet, en galakse, et sort hul eller selve universet.

Denne krumning opfattes af mennesker som en kraft kaldet tyngdekraft, hverdagslig men mystisk på samme tid.

Tyngdekraften er lige så gåtefuld som den kraft, der trækker os fremad, når bussen, hvor vi kører, bremser kraftigt. Det er som om pludselig noget usynligt, mørkt og massivt i et par øjeblik kommer frem og tiltrækker os, pludselig fremdrager os fremad.

Planeterne bevæger sig elliptisk rundt om solen, fordi dens masse producerer en depression i rum-tidsoverfladen, der får planeterne til at krumme deres bane. En lysstråle bukker også sin vej efter den rumdepression, der er produceret af solen.

Tunneler gennem rummet - tid

Hvis rumtid er en buet overflade, forhindrer intet princip et område i at forbinde med et andet gennem en tunnel. At rejse gennem en sådan tunnel indebærer ikke kun skiftende steder, men det giver også muligheden for at gå til en anden tid.

Denne idé har inspireret mange science fiction bøger, serier og film, inklusive den berømte amerikanske serie fra 1960'erne "The Time Tunnel" og for nylig "Deep Space 9" fra Star Trek-franchisen og 2014-filmen Interstellar.

Ideen kom fra Einstein selv, der, sammen med Nathan Rosen, søgte løsninger på feltligningerne for generel relativitet, fundet en teoretisk løsning, der gjorde det muligt at forbinde to forskellige områder af rumtid gennem en tunnel, der fungerede som en genvej.

Denne løsning er kendt som Einstein - Rosen-broen og vises i et værk, der blev offentliggjort i 1935.

Imidlertid blev udtrykket "ormehul" brugt for første gang i 1957 takket være teoretiske fysikere John Wheeler og Charles Misner i en publikation fra det år. Tidligere var der tale om "en-dimensionelle rør" for at henvise til den samme idé.

Senere i 1980 skrev Carl Sagan science fiction-romanen "Kontakt", en bog, der senere blev gjort til en film. Hovedpersonen ved navn Elly opdager intelligent udenjordisk liv 25 tusinde lysår væk. Carl Sagan ville, at Elly skulle rejse der, men på en måde, der var videnskabeligt troværdig.

At rejse 25 tusind lysår væk er ikke en let opgave for et menneske, medmindre der søges en genvej. Et sort hul kan ikke være en løsning, da når man nærmer sig singulariteten, ville differentiell tyngdekraft rive rumfartøjet og dets besætning fra hinanden.

På jagt efter andre muligheder konsulterede Carl Sagan en af ​​de førende eksperter på datidens sorte huller: Kip Thorne, der begyndte at tænke over sagen og indså, at Einstein-Rosen-broerne eller ormehullerne i Wheeler var løsningen.

Thorne indså imidlertid også, at den matematiske løsning var ustabil, det vil sige, tunnelen åbnes, men kort efter kvæles den og forsvinder.

Ustabiliteten af ​​ormehuller

Er det muligt at bruge ormehuller til at rejse store afstande i rum og tid?

Siden de blev opfundet, har ormehuller tjent i adskillige science fiction-plots for at tage deres hovedpersoner til fjerntliggende steder og opleve paradokser i ikke-lineær tid.

Kip Thorne fandt to mulige løsninger på problemet med ormhullens ustabilitet:

• Gennem det såkaldte kvanteskum. I Planck-skalaen (10 ^-35 m) er der kvantesvingninger, der er i stand til at forbinde to områder af rum-tid gennem mikrotunneller. En hypotetisk meget avanceret civilisation kunne finde en måde at udvide passagerne og holde dem længe nok til at et menneske kan passere.
• Negativ massestof. Ifølge estimater, der blev offentliggjort i 1990 af Thorne selv, ville enorme mængder af dette fremmedlegeme være nødvendigt for at holde enderne af ormhullet åbent.

Det bemærkelsesværdige ved denne sidste løsning er, at i modsætning til sorte huller, er der ingen entydighed eller kvantefænomener, og menneskers passage gennem denne type tunnel ville være mulig.

På denne måde ville ormehuller ikke kun tillade, at fjerne regioner i rummet forbindes, men også adskilles i tid. Derfor er de maskiner til rejser i tide.

Stephen Hawking, den store reference inden for kosmologi i slutningen af ​​det 20. århundrede, troede ikke, at hverken ormehuller eller tidsmaskiner var gennemførlige på grund af de mange paradokser og modsigelser, der opstår fra dem.

Dette har ikke dæmpet humør fra andre forskere, der har antydet muligheden for, at to sorte huller i forskellige områder af rum-tid er internt forbundet med et ormhul.

Skønt dette ikke ville være praktisk til rumtidsrejser, da bortset fra de trængsler, som indtastning i det sorte hul entydighed ville medføre, ville der ikke være nogen mulighed for at forlade i den anden ende, da det er et andet sort hul.

Forskelle mellem sorte huller og ormehuller

Når du taler om et ormhul, tænker du også straks på sorte huller.

Et sort hul dannes naturligt efter udviklingen og døden af ​​en stjerne, der har en bestemt kritisk masse.

Den opstår, når stjernen udtømmer sit nukleare brændstof og begynder at trække sig sammen uigenkaldeligt på grund af sin egen tyngdekraft. Det fortsætter ubarmhjertigt, indtil det forårsager et sådant sammenbrud, at intet tættere end radius for begivenhedshorisonten kan undslippe, ikke engang lys.

Til sammenligning er et ormhul en sjælden forekomst, konsekvensen af ​​en hypotetisk afvigelse i rumtidens krumning. I teorien er det muligt at gennemgå dem.

Men hvis nogen skulle prøve at passere gennem et sort hul, ville den intense tyngdekraft og ekstreme stråling i nærheden af ​​singulariteten gøre det til en tynd tråd med subatomære partikler.

Der er indirekte og kun for nylig direkte bevis for eksistensen af ​​sorte huller. Blandt disse beviser er emission og detektion af tyngdekraftsbølger ved tiltrækning og rotation af to kolossale sorte huller, detekteret af LIGO gravitationsbølgeobservatorium.

Der er bevis for, at der findes et supermassivt sort hul i midten af ​​store galakser, ligesom vores Mælkevej.

Den hurtige rotation af stjernerne i nærheden af ​​centrum såvel som den enorme mængde højfrekvent stråling, der udspringer derfra, er indirekte bevis på, at der er et enormt sort hul, der forklarer tilstedeværelsen af ​​disse fænomener.

Det var lige den 10. april 2019, at verden blev vist det første fotografi af et supermassivt sort hul (7 milliarder gange solens masse), der ligger i en meget fjern galakse: Messier 87 i stjernebilledet Jomfruen, på 55 millioner lysår fra Jorden.

Dette fotografi af et sort hul blev muliggjort af det verdensomspændende netværk af teleskoper, kaldet "Event Horizon Telescope", med deltagelse af mere end 200 videnskabsfolk fra hele verden.

På den anden side er der ingen tegn på ormehul indtil videre. Forskere har været i stand til at registrere og spore et sort hul, men det samme har ikke været muligt med ormehuller.

Derfor er de hypotetiske genstande, selv om de teoretisk er mulige, som sorte huller en gang også var.

Variation / typer ormehuller

Selvom de endnu ikke er blevet opdaget, eller måske netop på grund af dette, blev der forestillet forskellige muligheder for ormehuller. De er alle teoretisk gennemførlige, da de tilfredsstiller Einsteins ligninger for generel relativitet. Her er nogle:

• Ormhuller, der forbinder to rumtidsregioner i det samme univers.
• Ormehullerne er i stand til at forbinde et univers med et andet univers.
• Einstein-Rosen broer, hvori sagen kunne passere fra den ene åbning til den anden. Skønt denne passage af materie ville forårsage ustabilitet, hvilket får tunnelen til at kollapse på sig selv.
• Kip Thornes ormehul med en sfærisk skal af negativ massestof. Det er stabilt og kan køres i begge retninger.
• Det såkaldte Schwarzschild ormhul, der består af to tilsluttede statiske sorte huller. De er ikke gennemkørselige, da materie og lys er fanget mellem begge ekstremer.
• Indlæste og / eller roterende ormehuller, der består af to internt tilsluttede dynamiske sorte huller, der kun kan køres i en retning.
• Kvanteskum af rumtid, hvis eksistens teoretiseres på det subatomære niveau. Skummet består af meget ustabile subatomære tunneler, der forbinder forskellige zoner. Stabilisering og udvidelse af dem ville kræve oprettelse af et quark-gluon-plasma, hvilket kræver en næsten uendelig mængde energi at generere.
• For nylig, takket være strengteori, er ormehuller understøttet af kosmiske strenge blevet teoretiseret.
• Sammenflettet og derefter adskilt sorte huller, hvorfra der opstår et rum-tid hul, eller Einstein-Rosen bro, der holdes sammen af ​​tyngdekraften. Det er en teoretisk løsning foreslået i september 2013 af fysikere Juan Maldacena og Leonard Susskind.

De er alle perfekt mulige, da de ikke er i modstrid med Einsteins ligninger af generel relativitet.

Vil ormehul nogensinde blive set?

I lang tid var sorte huller teoretiske løsninger på Einsteins ligninger. Einstein satte spørgsmålstegn ved muligheden for, at de nogensinde kunne opdages af menneskeheden.

Albert Einstein (1879-1955), forfatter af relativitetsteorien. Kilde: Pixabay.

Så i lang tid forblev sorte huller som en teoretisk forudsigelse, indtil de blev fundet og placeret. Forskere har det samme håb om ormehuller.

Det er meget muligt, at de også er der, men det er endnu ikke lært at finde dem. Skønt ifølge en meget nylig publikation, ville ormehuller efterlade spor og skygger observerbare selv med teleskoper.

Det antages, at fotonerne rejser rundt om ormhullet og frembringer en lysende ring. De nærmeste fotoner falder indeni og efterlader en skygge, der giver dem mulighed for at differentiere fra sorte huller.

Ifølge Rajibul Shaikh, en fysiker ved Tata Institute for Fundamental Research i Mumbai i Indien, ville en type roterende ormehul give en større og skæv skygge end et sort hul.

Shaikh har i sit arbejde undersøgt de teoretiske skygger, der er kastet af en bestemt klasse af snurrende ormehuller, med fokus på den afgørende rolle, som hullets hals spiller i dannelsen af ​​en fotonskygge, der tillader det at blive identificeret og differentieret fra et sort hul.

Shaikh har også analyseret skyggens afhængighed af snurret af ormhullet og har også sammenlignet den med skyggen, der er kastet af et roterende Kerr-sort hul, og fundet betydelige forskelle. Det er et helt teoretisk værk.

Derudover forbliver ormehuller som matematiske abstraktioner, men det er muligt, at nogle vil blive set meget snart. Hvad der er på den anden ekstreme er stadig genstand for formodning i øjeblikket.

Referencer

1. Kvanteforviklinger kan give anledning til tyngdekraften. Taget fra Cienciaaldia.com
2. Progress of Physics, Vol 61, Udgave september 2013, sider 781-811
3. Ormehul. Taget fra wikipedia.org
4. Rumtid. Taget fra wikipedia.org.
5. David Nield (2018). Crazy New Paper foreslår ormehuller støbt skygger, som vi let kunne se med teleskoper. Taget fra sciencealert.com