O nouă analiză a fizicienilor teoreticieni demonstrează că o gaură de vierme inelară ar putea funcționa ca o mașină a timpului, forțând limitele cunoscute ale teoriei relativității generale. Deși rămâne la stadiul de model matematic, descoperirea arată cum gravitația poate rescrie regulile spațiului și timpului.
Fizicienii susțin că o gaură de vierme inelară ar putea, în teorie, să devină o mașină a timpului atunci când gravitația determină desincronizarea celor două guri ale sale.
Un inel în spațiu poate face, cel puțin pe hârtie, ceva ce o gaură neagră nu poate: poate conecta regiuni îndepărtate fără a forța nimic să treacă printr-o gravitație zdrobitoare sau printr-o Un punct teoretic în spațiu (precum centrul unei găuri negre) unde densitatea materiei și atracția gravitațională devin infinite, iar legile fizicii cunoscute nu mai pot fi aplicate. Iar, potrivit unei noi analize teoretice, în condițiile potrivite, o astfel de gaură de vierme inelară ar putea face chiar mai mult decât să lege locuri îndepărtate. Ar putea, în principiu, să devină o mașină a timpului.
Asta nu înseamnă că cineva este pe cale să construiască una. Importanța acestui studiu nu constă în construirea unui dispozitiv real, ci în valoarea sa explicativă: rezolvă matematic modul în care două regiuni din spațiu-timp s-ar putea conecta fără forțe gravitaționale letale, evitând singularitățile din centrul găurilor negre. Cercetarea se adâncește în Teoria gravitației elaborată de Albert Einstein în 1915, care descrie cum masa și energia curbează structura spațiu-timpului, generând ceea ce noi percepem drept forță gravitațională. într-o parte a teoriei în care geometria se comportă într-un mod ce rareori corespunde intuiției obișnuite. Dar arată că un tip particular de gaură de vierme ar putea oferi o cale de ocolire a uneia dintre cele mai încăpățânate limite ale fizicii — cel puțin din punct de vedere matematic.
Valeri P. Frolov și Andrei Zelnikov, de la Universitatea din Alberta, în colaborare cu Pavel Krtouš de la Universitatea Carolină din Praga, au studiat ce se întâmplă atunci când gravitația acționează în apropierea unei găuri de vierme inelare traversabile. Articolul lor a fost publicat pe arXiv și acceptat pentru publicare în revista Physical Review D.
Ce este o gaură de vierme inelară și cum diferă de modelele clasice?
Spre deosebire de o gaură neagră din care nici măcar lumina nu poate scăpa, o gaură de vierme este teoretizată ca un tunel de tranzit prin spațiu-timp. Găurile de vierme fac parte din discuțiile din fizică de zeci de ani. În cea mai simplă reprezentare, ele se comportă ca niște tuneluri prin spațiu-timp, legând locuri care altfel ar fi foarte îndepărtate. Modelele cele mai cunoscute prezintă însă o problemă: se îngustează prea repede, formează singularități sau necesită o materie care se comportă în moduri exotice.
Versiunea studiată aici este diferită. Ea se bazează pe un model de gaură de vierme în formă de inel propus de Gary Gibbons și Mikhail Volkov. În loc de un gâtlej sferic, acest model leagă spațiile printr-un disc delimitat de un inel circular.
În afara acelui inel, geometria este plană. Autorii observă că o particulă care trece prin disc nu ar trebui să traverseze nici o regiune cu gravitație puternică, nici o densitate de energie negativă. Acest lucru face ca această configurație să fie neobișnuită printre ideile privind găurile de vierme.
Cheia stă la nivelul inelului. Geometria de acolo conține o singularitate de curbură conică, pe care articolul o identifică cu o Un defect ipotetic, extrem de subțire (unidimensional), apărut în structura spațiu-timpului imediat după Big Bang, având o densitate de energie uriașă și o masă colosală. purtătoare de energie negativă. Acest detaliu contează, deoarece găurile de vierme obișnuite necesită, de obicei, o anumită încălcare a condițiilor standard de energie pentru a rămâne deschise.
Cum transformă gravitația un portal într-o mașină a timpului
Noul articol pune o întrebare mai specifică: ce s-ar întâmpla dacă una dintre gurile unei găuri de vierme inelare s-ar afla în interiorul unei distribuții de masă înconjurătoare?
Pentru a studia acest aspect, echipa a examinat câmpul gravitațional slab creat de un înveliș subțire, sferoidal aplatizat, de masă, plasat în jurul uneia dintre gurile găurii de vierme. Au luat în considerare două cazuri. În primul, gaura de vierme leagă două spații plane separate. În celălalt, leagă două regiuni îndepărtate ale aceluiași spațiu.
Cel de-al doilea caz se dovedește a fi cel mai interesant.
În gândirea newtoniană obișnuită, un câmp gravitațional static provine dintr-un potențial, iar lucrul mecanic efectuat de-a lungul unei traiectorii închise tinde spre zero. Aici însă, autorii au descoperit că topologia geometriei intervine. Câmpul gravitațional rămâne bine definit, dar potențialul poate deveni multivaluat. În cuvintele lor, câmpul devine „ne-potențial”.
Această singură schimbare are consecințe majore. Dacă cele două guri ale găurii de vierme sunt conectate prin spațiu-timp, dar una se află într-un mediu gravitațional diferit de cealaltă, ceasurile de la guri nu mai rămân sincronizate în același mod pentru un observator îndepărtat.
Călătoria în timp și apariția curbelor temporale închise
Articolul cercetătorilor arată cum această desincronizare poate crește.
Autorii își imaginează o gaură de vierme inelară ale cărei două guri sunt situate la mare distanță una de cealaltă, una dintre ele fiind înconjurată de un înveliș subțire, dar masiv. Deoarece gurile sunt încă identificate prin intermediul găurii de vierme, În teoria relativității, timpul propriu este timpul măsurat de un ceas care călătorește fizic alături de un obiect, în timp ce timpul coordonat este cel perceput de un observator îndepărtat, aflat în afara influenței gravitaționale. la cele două discuri rămâne legat. Însă pentru un observator situat la infinit, rata timpului coordonat diferă între ele odată ce gravitația din jurul uneia dintre guri se modifică.
Această neconcordanță creează ceea ce lucrarea numește un decalaj temporal.
O rază de lumină poate apoi să se deplaseze către una dintre guri, să treacă prin gaura de vierme, să iasă din cealaltă și să se întoarcă prin spațiul obișnuit. După ce a trecut suficient timp, analiza arată că raza poate ajunge înapoi la punctul de plecare mai devreme decât a fost emisă. În acel moment, se formează o O traiectorie matematică prin spațiu-timp care se buclează și revine exact în punctul din trecut din care a plecat. Este conceptul fundamental din fizică pentru călătoria în timp.
O curbă temporală închisă este exact genul de obiect care îi îngrijorează pe fizicieni în discuțiile despre călătoria în timp: o traiectorie prin spațiu-timp care se întoarce la același punct atât în spațiu, cât și în timp.
Lucrarea oferă și o estimare a momentului în care s-ar întâmpla acest lucru. În aproximarea câmpului slab, timpul caracteristic depinde de raza învelișului, de distanța dintre gurile găurii de vierme și de masa învelișului. Restabilind dimensiunile, estimarea este dată de T ≈ RLc/GM.
O portiță, cu multe rezerve
Rezultatul nu înseamnă că Universul permite călătoria practică în timp, iar articolul este explicit cu privire la limite.
În primul rând, gaura de vierme în sine este deja exotică. Inelul prezintă genul de distribuție a materiei necesară pentru a încălca condiția de energie nulă. De asemenea, analiza se menține în regimul câmpului slab și folosește aproximări, mai ales atunci când se presupune că gurile găurii de vierme sunt situate la distanță mare una de alta.
Apoi, există vechea obiecție ridicată de Stephen Hawking. Articolul reia problema Un principiu teoretizat de Stephen Hawking, care sugerează că legile fizicii (în special efectele cuantice) intervin mereu pentru a distruge orice „mașină a timpului” înainte ca aceasta să poată funcționa, prevenind astfel paradoxurile istorice. — ideea că efectele cuantice ar putea împiedica formarea curbelor temporale închise într-un spațiu-timp real. Lucrări anterioare privind găuri de vierme mai standard sugerau că Apariția și dispariția spontană a unor particule subatomice de energie în spațiul gol, un fenomen din mecanica cuantică ce ar putea distruge o gaură de vierme dacă aceasta ar deveni o mașină a timpului. ar putea crește fără limită în momentul în care o mașină a timpului este pe cale să apară, făcând imposibilă ignorarea reacției înapoi.
Autorii nu rezolvă această problemă. Cercetătorii afirmă că modelul găurii de vierme inelare ar putea oferi un cadru matematic mai simplu pentru studierea efectelor cuantice în apropierea formării unei mașini a timpului și indică acest lucru ca fiind următorul pas firesc.
Aceasta ar putea fi adevărata valoare a lucrării. Este mai puțin un plan de proiect pentru o mașină și mai mult un test de rezistență pentru relativitate.
De ce teoreticienii continuă să exploreze aceste limite
Chiar și studiile extrem de speculative privind găurile de vierme pot clarifica unde teoria lui Einstein se îndoaie și unde s-ar putea rupe. Noul articol arată că Ramură a matematicii care studiază proprietățile obiectelor și ale spațiului care nu se modifică atunci când acestea sunt deformate, întinse sau răsucite (dar fără a fi rupte). prin sine, poate remodela semnificația unui concept atât de familiar precum potențialul gravitațional. Într-o configurație, câmpul este captat de gaura de vierme. În alta, asimetria din jurul celor două guri poate transforma un pasaj traversabil într-o sursă de curbe temporale închise.
Lecția mai amplă nu este că călătoria în timp este la un pas de a deveni realitate. Ci că spațiu-timpul permite încă un comportament ciudat, parțial neexplorat, atunci când geometria, gravitația și structura globală interacționează.
Deocamdată, găurile de vierme inelare rămân obiecte matematice. Dar, prin studierea lor, fizicienii se apropie puțin mai mult de înțelegerea modului în care relativitatea generală gestionează propriile lacune și dacă fizica cuantică le va închide în cele din urmă.
Implicații practice ale cercetării
Impactul imediat este de natură teoretică. Lucrarea oferă un model mai clar pentru studierea comportamentului găurilor de vierme atunci când gravitația din jurul unei guri diferă de gravitația din jurul celeilalte.
De asemenea, oferă un cadru specific pentru testarea ideii lui Stephen Hawking privind protecția cronologică, într-un context matematic mai simplu decât multe dintre modelele mai vechi ale găurilor de vierme.
La un nivel mai larg, aceasta pune în evidență întrebări despre modul în care relativitatea generală, topologia și efectele cuantice se îmbină atunci când spațiu-timpul este împins către formele sale cele mai extreme.
Până la o eventuală confirmare sau infirmare din partea mecanicii cuantice, gaura de vierme inelară rămâne cel mai fascinant laborator teoretic modern prin care fizicienii pot testa regulile călătoriei în timp și structura ascunsă a Universului nostru.
Rezultatele cercetării sunt disponibile online în revista Physical Review D.
Ce s-a mai descoperit în Univers?
O forță ascunsă a materiei întunecate ar frâna creșterea structurilor cosmice, nu ar accelera-o
Roverul Curiosity a găsit pe Marte un câmp de fracturi poligonale care se întinde până la orizont
O rachetă SpaceX s-a ciocnit de Lună, iar telescoapele au surprins norul de sodiu și litiu
Venus ar putea fi mai vie decât ne închipuiam, iar dovada stă în lățimea crăpăturilor ei
