ЧЕРВЕЙНА ДУПКА: ИСТОРИЯ, ТЕОРИЯ, ВИДОВЕ, ФОРМАЦИЯ - ARTE - 2025

А дупка, в астрофизика и космология, е канал, свързващ две точки в тъканта на пространство-време. Точно както падащата ябълка вдъхновява теорията за гравитацията на Исак Нютон през 1687 г., червеите, които пробиват ябълките, са вдъхновили нови теории, също в рамките на гравитацията.

Точно както червеят успява да достигне друга точка на повърхността на ябълката чрез тунел, пространствено-времевите червеи представляват теоретични преки пътища, които й позволяват да пътува до далечни части на Вселената за по-малко време.

Космос-време червей: художествена визия. Източник: Pixabay

Това е идея, която е уловила и продължава да пленява въображението на мнозина. Междувременно космолозите са заети да търсят начини да докажат съществуването му. Но в момента те все още са обект на спекулации.

За да се доближим малко до разбирането на червейни дупки, възможността за пътуване във времето през тях и разликите, които съществуват между червейни дупки и черни дупки, трябва да разгледаме концепцията за пространство-време.

Какво е пространственото време?

Концепцията за пространство-време е тясно свързана с тази на червейната дупка. Ето защо е необходимо първо да се установи какво е и каква е неговата основна характеристика.

Пространството е мястото, където се случва всяко събитие във Вселената. А Вселената от своя страна е съвкупността от пространство-време, способна да побере всички форми на материя-енергия и други…

Когато младоженецът срещне булката, това е събитие, но това събитие има пространствени координати: мястото за срещи. И координиране на времето: година, месец, ден и час на срещата.

Раждането на звезда или експлозията на свръхнова също са събития, които се случват в пространството-времето.

Сега, в регион на Вселената, свободен от маса и взаимодействия, пространственото време е плоско. Това означава, че два светлинни лъча, които започват успоредно, продължават така, стига да останат в този регион. Между другото, защото лъч светлинно време е вечен.

Разбира се, пространството-времето не винаги е равно. Вселената съдържа обекти, които имат маса, която променя пространството-времето, причинявайки кривина на пространство-време в универсален мащаб.

Самият Алберт Айнщайн в момент на вдъхновение разбра, че той нарече „най-щастливата идея на моя живот“, че ускорен наблюдател е локално неразличим от този, който е близо до масивен обект. Това е известният принцип на еквивалентност.

И ускорен наблюдател огъва пространството и времето, тоест евклидовата геометрия вече не е валидна. Следователно, в околната среда на масивен обект като звезда, планета, галактика, черна дупка или самата Вселена, пространството-времето се огъва.

Тази кривина се възприема от хората като сила, наречена гравитация, ежедневна, но в същото време загадъчна.

Гравитацията е толкова загадъчна, колкото силата, която ни дърпа напред, когато автобусът, в който пътуваме, спира силно. Сякаш изведнъж нещо невидимо, тъмно и масивно, за няколко мига се приближава и ни привлича, изведнъж ни изтласква напред.

Планетите се движат елиптично около Слънцето, защото неговата маса произвежда депресия в пространството-времето, което кара планетите да извиват своите пътища. Светлинен лъч също извива пътя си следвайки депресията от пространството и времето, произведена от Слънцето.

Тунели през пространството - времето

Ако пространството-времето е извита повърхност, по принцип нищо не пречи една зона да се свърже с друга през тунел. Пътуването през такъв тунел не само предполага промяна на местата, но и предлага възможност за преминаване в друго време.

Тази идея е вдъхновила много научнофантастични книги, сериали и филми, включително известната американска поредица от 60-те години „Тунелът на времето“ и по-скоро „Deep Space 9“ от франчайза на Star Trek и филма „Interstellar“ от 2014 г.

Идеята идва от самия Айнщайн, който, търсейки решения на полевите уравнения на Общата относителност, намери заедно с Натан Росен теоретично решение, което позволява свързването на два различни региона на пространство-време през тунел, който функционира като пряк път.

Това решение е известно като мост Айнщайн - Розен и се появява в творба, публикувана през 1935г.

Въпреки това, терминът "червей" е използван за първи път през 1957 г., благодарение на теоретичните физици Джон Уилър и Чарлз Миснър в публикация от същата година. Преди се говори за „едномерни тръби“, за да се отнасят до същата идея.

По-късно през 1980 г. Карл Сагън пише научнофантастичния роман „Контакт“ - книга, която по-късно е превърната във филм. Главният герой на име Ели открива интелигентен извънземен живот на 25 хиляди светлинни години. Карл Сейгън искаше Ели да пътува там, но по начин, който е научен.

Пътуването на разстояние от 25 хиляди светлинни години не е лесна задача за човека, освен ако не се търси пряк път. Черната дупка не може да бъде решение, тъй като при наближаване на сингулярността диференциалната гравитация ще разкъса космическия кораб и неговия екипаж.

В търсене на други възможности, Карл Сагън се консултира с един от водещите експерти по черните дупки на онова време: Кип Торн, който започна да мисли по въпроса и разбра, че мостовете на Айнщайн-Розен или червените дупки на Уилър бяха решението.

Въпреки това Торн разбрал, че математическото решение е нестабилно, тоест тунелът се отваря, но скоро след това се задушава и изчезва.

Нестабилността на червейни дупки

Възможно ли е да се използват червейни дупки за изминаване на големи разстояния в пространството и времето?

Откакто са измислени, червееви дупки са служили в множество сюжети за научна фантастика, за да заведат главните си герои на отдалечени места и да преживеят парадоксите на нелинейното време.

Kip Thorne намери две възможни решения на проблема с нестабилността на червейната дупка:

• Чрез така наречената квантова пяна. В скалата на Планк (10 ^-35 м) има квантови колебания, способни да свързват два микропространства и време чрез микротунели. Хипотетичната много напреднала цивилизация би могла да намери начин да разшири пасажите и да ги задържи достатъчно дълго, за да може човек да премине.
• Отрицателна материална материя. Според оценки, публикувани през 1990 г. от самия Торн, ще са необходими огромни количества от тази чужда материя, за да се отворят краищата на дупката.

Забележителното в това последно решение е, че за разлика от черните дупки, няма особености или квантови явления и преминаването на хората през този тип тунел би било възможно.

По този начин червейните дупки не само ще позволят да се свързват отдалечените региони в пространството, но и да бъдат разделени във времето. Затова те са машини за пътуване във времето.

Стивън Хокинг, големият ориентир в космологията в края на 20-ти век, не вярваше, че нито дупките, нито машините на времето са осъществими, поради множеството парадокси и противоречия, които произтичат от тях.

Това не е потиснало духовете на други изследователи, които предполагат възможността две черни дупки в различни области на пространството и времето да са вътрешно свързани чрез червей.

Въпреки че това не би било практично за пътуване в пространството и времето, тъй като освен премеждията, които биха донесли сингулярността на черната дупка, няма да има възможност за излизане от другия край, тъй като това е друга черна дупка.

Разлики между черни дупки и червейни дупки

Когато говорите за червей, вие също се сещате за черни дупки.

Черната дупка се образува естествено, след еволюцията и смъртта на звезда, която има определена критична маса.

Тя възниква, след като звездата изтощава ядреното си гориво и започва да се свива необратимо поради собствената си гравитационна сила. Тя продължава безмилостно, докато не предизвика такъв срив, че нищо по-близо от радиуса на хоризонта на събитията не може да избяга, дори и светлината.

За сравнение, дупка на червей е рядко явление, следствие от хипотетична аномалия в кривината на пространството-време. На теория е възможно да се премине през тях.

Ако обаче някой се опита да премине през черна дупка, интензивната гравитация и екстремното излъчване в близост до сингулярността биха я превърнали в тънка нишка от субатомни частици.

Има косвени и едва наскоро преки доказателства за съществуването на черни дупки. Сред тези доказателства са излъчването и откриването на гравитационни вълни чрез привличане и въртене на две колосални черни дупки, открити от обсерваторията за гравитационна вълна LIGO.

Има доказателства, че супер масивна черна дупка съществува в центъра на големи галактики, като нашия Млечен път.

Бързото въртене на звездите в близост до центъра, както и огромното количество високочестотно излъчване, което се излъчва оттам, са косвени доказателства, че има огромна черна дупка, която обяснява наличието на тези явления.

Точно на 10 април 2019 г. на света бе показана първата снимка на свръхмасивна черна дупка (7 милиарда пъти по-голяма от масата на Слънцето), разположена в много далечна галактика: Messier 87 в съзвездието Дева, на 55 милиона светлинни години от Земята.

Тази снимка на черна дупка стана възможна от световната мрежа от телескопи, наречена „Телескоп на хоризонта на събитията“, с участието на повече от 200 учени от цял ​​свят.

От друга страна, до момента няма данни за дупки за червеи. Учените са успели да открият и проследят черна дупка, но същото не е било възможно и с червейни дупки.

Следователно те са хипотетични обекти, макар и теоретично осъществими, както някога са били и черните дупки.

Разнообразие / видове червейни дупки

Въпреки че те все още не са открити или може би точно поради това, са били представени различни възможности за червейни дупки. Те всички са теоретично осъществими, тъй като удовлетворяват уравненията на Айнщайн за обща относителност. Ето няколко:

• Дупки за дупки, които свързват два пространствено-времеви области на една и съща вселена.
• Червените дупки, способни да свързват една вселена с друга вселена.
• Айнщайн-Розен мостове, по които материята може да премине от един отвор към друг. Въпреки че това преминаване на материята би причинило нестабилност, причинявайки тунела да се срути върху себе си.
• Червеят на Кип Торн, със сферична обвивка от отрицателна маса. Той е стабилен и подвижен в двете посоки.
• Така нареченият червей на Schwarzschild, състоящ се от две свързани статични черни дупки. Те не са проходими, тъй като материята и светлината са хванати между двете крайности.
• Заредени и / или въртящи се или Kerr дупки, състоящи се от две вътрешно свързани динамични черни дупки, преминаващи само в една посока.
• Квантова пяна от пространство-време, съществуването на която се теоретизира на субатомно ниво. Пяната е съставена от силно нестабилни субатомни тунели, които свързват различни зони. Стабилизирането и разширяването им ще изисква създаването на кварк-глюонна плазма, която ще изисква почти безкрайно количество енергия за генериране.
• Съвсем наскоро, благодарение на теорията на струните, теоретични са дупки, поддържани от космически струни.
• Преплетени и след това отделени черни дупки, от които възниква дупка в пространството и времето, или мост на Айнщайн-Розен, който се държи заедно от гравитацията. Това е теоретично решение, предложено през септември 2013 г. от физиците Хуан Малдацена и Леонард Сускинд.

Всички те са напълно възможни, тъй като не противоречат на уравненията на Айнщайн с обща относителност.

Ще се видят ли някога червейни дупки?

Дълго време черните дупки бяха теоретични решения на уравненията на Айнщайн. Самият Айнщайн постави под въпрос възможността те да бъдат открити от човечеството.

Алберт Айнщайн (1879-1955), автор на теорията на относителността. Източник: Pixabay

Така че дълго време черните дупки остават като теоретично предсказване, докато не бъдат открити и разположени. Учените имат същата надежда за червейни дупки.

Много е възможно те също да са там, но все още не е научено да ги намира. Въпреки че според съвсем скорошна публикация, дупките за червей ще оставят следи и сенки, видими дори и с телескопи.

Смята се, че фотоните обикалят червейната дупка, създавайки светещ пръстен. Най-близките фотони попадат вътре и оставят след себе си сянка, която ще им позволи да се разграничат от черните дупки.

Според Раджибул Шейх, физик от Татаския институт за фундаментални изследвания в Мумбай в Индия, тип въртящ се червей ще създаде по-голяма и изкривена сянка от тази на черна дупка.

В своята работа Шейх е изучил теоретичните сенки, хвърлени от определен клас въртящи се червееви дупки, съсредоточавайки се върху решаващата роля на гърлото на дупката при формирането на фотонна сянка, която позволява да бъде идентифициран и диференциран от черна дупка.

Shaikh също е анализирал зависимостта на сянката от въртенето на червейната дупка и също я е сравнил със сянката, хвърлена от въртяща се черна дупка Kerr, откривайки значителни разлики. Това е напълно теоретично произведение.

Отделно от това, за момента червейните дупки остават като математически абстракции, но е възможно някои да бъдат забелязани съвсем скоро. Това, което е в другата крайност, все още е предмет на предположения за момента.

Препратки

1. Квантовото заплитане може да породи гравитация. Взета от Cienciaaldia.com
2. Напредък на физиката, том 61, брой септември 2013 г. Страници 781-811
3. Червеева дупка. Взета от wikipedia.org
4. Космическо време. Взета от wikipedia.org.
5. Дейвид Нийлд (2018). Луда нова хартия предлага червейни дупки за леене на сенки, които лесно можем да видим с телескопи. Взета от sciencealert.com