Svarta hål och maskhål har länge blivit ett bekant attribut för många science fiction-filmer och TV-serier, där rymdresande använder dem för att omedelbart resa över universum. Vad är svarta hål och maskhål, hur rimligt är resor genom tid och rum? Vilken otrolig sanning visas i science fiction-filmer? Detta berättades av ryska fysiker från universiteten i "Projekt 5-100".
Vad är ett svart hål?
Fysiker kallar ett svart hål ett område i rymdtid med en så stark tyngdkraft att oavsett, energi eller information (inklusive ljus) kan lämna detta område när det kommer in i det. Ett svart hål är avgränsat i rymden av en händelseshorisont: gränsen för ett svart hål, utanför vilket ingen föremål eller strålning kan undkomma. Således kan observatörer utanför det svarta hålet inte få någon information om vad som händer inuti det.
Enligt den allmänna relativitetsteorin beskrivs geometrin för svarta hål av Einsteins ekvationer, som kopplar metriken för krökt rymdtid med egenskaperna hos materien som fyller den, och tyngdkraften är ett manifestation av krumningen i rymdtiden, sade en professor vid utbildnings- och vetenskapliga institutet för gravitation och kosmologi vid Peoples 'Friendship University of Ryssland (RUDN University) Kirill Bronnikov.
”Forskare har teoretiskt beskrivit många sorters svarta hål. De skiljer sig i närvaro eller frånvaro av rotation, elektrisk laddning och andra möjliga parametrar. Det tros att svarta hål kan uppstå från kollaps av tillräckligt massiva stjärnor i det sista stadiet av deras utveckling eller från fluktuationer av superdense materia i det tidiga universum,”sade han.
Enligt honom är det omöjligt att se ett svart hål, eftersom en extern observatör inte kan få någon information direkt från händelseshorisonten. Därför kan ett svart hål bara manifestera sig indirekt - genom krökningen av ljusstrålar som passerar i närheten, genom elektromagnetisk strålning från det omgivande materialet som faller ned i det, etc.
Forskare förstår fortfarande inte de inre regionerna i svarta hål, dolda under händelseshorisonten. Enligt de flesta modeller av svarta hål i den allmänna relativiteten måste de ha "singulariteter" - punkter, linjer eller ytor med oändligt stora värden på rymd-tidskurvning, liksom densitet och materialtryck. Men många forskare tror att det i verkligheten inte kan vara det.
Kampanjvideo:
"Här står vi inför gränsen för tillämpningen av våra klassiska idéer om rymdtid och går in i det okända området för kvantteorin om tyngdkraft som ännu inte har byggts," konstaterade Kirill Bronnikov.
Han talade om möjligheten att det finns en annan typ av svart hål - det så kallade "svarta universum". Från utsidan kan det se ut som alla andra svarta hål. Men en observatör som har trängt in i den genom att korsa händelseshorisonten, faller emellertid inte i en singularitet utan i ett nytt expanderande universum.
Letar du efter svarta hål
I början av 2019 avslutades observationsprogrammet för Radioastron mark-rymdinterferometer, med en upplösning som är flera tusen gånger högre än den för det berömda Hubble rymdteleskopet. "Radioastron" är ett par dussin av de mest kraftfulla markbaserade radioteleskop och ett rymdobservatorium, kopplat med hjälp av specialalgoritmer till en virtuell "platta" med en diameter som är mycket större än vår planet.
Radioastron tillät ryska astronomer att hitta tydliga observativa indikationer på förekomsten i centrum av galaxen OJ287 i konstellationen Cancer i ett par supermassiva svarta hål som går i ett kort avstånd från varandra, sa chefen för laboratoriet för grundläggande och tillämpad forskning av relativistiska föremål i universitetet i Moskva Institutet för fysik och teknik (MIPT)) Yuri Kovalev.
”Våra iakttagelser passar bra med förutsägelserna om OJ287 binära svarthålsmodellen. I framtiden, med hjälp av Millimetron markutrymmeinterferometer, planerar vi att studera med kortare våglängder skuggorna och närheten av svarta hål i våra och andra galaxer. Det kommer också att hjälpa till att testa den teoretiska förståelsen av förekomsten av andra föremål - "maskhål", sade han.
Tunnlar till andra dimensioner
"Wormholes" (den engelska motsvarigheten till namnet - wormholes, eller wormholes) är de mest spännande föremålen i universum, om hur forskarna hävdar. Dessa är tidskonfigurationer i form av en slags tunnlar mellan avlägsna regioner i vårt universum eller till och med mellan olika universum.
”Ormhål liknar svarta hål, eftersom de är lokaliserade föremål med tillräckligt stark tyngdkraft och krumning av rymden. Men till skillnad från svarta hål har de inte en "fälla" - en händelsehorisont, därför tillåter de teoretiskt inte bara "inträde", utan också "exit". Det vill säga, du kan gå igenom dem och komma tillbaka, sade Sergei Rubin, professor vid National Research Nuclear University MEPhI (NRNU MEPhI).
Trots att maskhål inte strider mot den allmänna relativiteten och förutsägas av vissa kosmologiska teorier, är de verkliga kandidaterna för sådana objekt fortfarande okända. Dessutom innebär maskhål en väldigt atypisk geometri i rymdtid, som kräver material med exotiska egenskaper (till exempel med negativ energitäthet) för att upprätthålla.
"Upptäckten av maskhål i naturen eller deras skapande i laboratoriet skulle innebära en verklig revolution i rymdtidens fysik," betonade forskaren.
Sergei Rubin delar inte med astronomen Heino Falkes förtroende för att nya bilder av det svarta hålet i M87-galaxens centrum, erhållna i projektet Event Horizons Telescope, kan bekräfta förekomsten av tunnlar i strukturen i rymdtid. För slutliga slutsatser finns det inte tillräcklig mätnoggrannhet.
Samtidigt hjälper teoretiska idéer om dessa föremål forskare att bättre förstå arten av tid och tyngd.
Hur kommer man in i ett maskhål?
Inte alla science fiction-filmer om tunnlar till andra dimensioner är långt ifrån moderna vetenskapliga teorier, säger professor vid Immanuel Kant Baltiska federala universitet (IKBFU) Artem Yurov.
”I filmen Interstellar är informationen om svarta hål och ytterligare utrymmen i linje med vetenskapliga idéer. Detta är inte förvånande, eftersom filmens vetenskapliga rådgivare var Nobelprisvinnande svarthålsfysikern Kip Thorne. Det var han som blåste nytt liv i tanken på ormhål,”sa han.
Enligt Artem Yurov, även om maskhål tillåts enligt fysiklagarna, kan de inte uppstå på egen hand. De kan dock byggas av en civilisation som är extremt utvecklad i tekniska och vetenskapliga termer.
"Det borde inte vara förvånande, trots allt kan en Toyota-bil inte heller visas spontant, även om du väntar tiotals miljarder år - den måste göras," sade han.
Idag funderar fysiker på möjligheten att bilda maskhål som inte sönderdelas snabbt, liksom hur man gör dem tillräckligt stora så att åtminstone molekyler kan passa och inte kollapsa där.
”Det är hypotetiskt möjligt att skicka det mänskliga genomet genom ett maskhål. Enligt beräkningar finns det också trattar i ytterligare dimensioner, men de är fortfarande ganska små, 10 till minus 31 grader av centimeter,”sa Sergei Rubin.
Enligt forskaren är det genom ett maskhål hypotetiskt möjligt i framtiden att skicka mänskligheten från ett döende universum till ett annat, precis som börjar leva. För att göra detta är det inte nödvändigt att skicka en person dit fysiskt - du kan skicka information dit, på grundval av vilken vår civilisation kommer att återhämta sig oberoende i det nya universum.
