O universo estelar é repleto de muitos mistérios. De acordo com a teoria da relatividade geral (GR), criada por Einstein, vivemos em um espaço-tempo quadridimensional. É curvo e a gravidade, familiar a todos nós, é uma manifestação dessa propriedade. A matéria dobra, "dobra" o espaço em torno de si, e quanto mais, mais denso ele é. Espaço, espaço e tempo são tópicos muito interessantes. Depois de ler este artigo, você certamente aprenderá algo novo sobre eles.
A ideia de curvatura
Muitas outras teorias da gravidade, das quais existem centenas hoje, diferem da relatividade geral em detalhes. No entanto, todas essas hipóteses astronômicas mantêm o principal - a ideia de curvatura. Se o espaço é curvo, podemos supor que ele poderia ter, por exemplo, a forma de um tubo conectando áreas separadas por muitos anos-luz. E talvez até eras distantes umas das outras. Afinal, não estamos falando do espaço que nos é familiar, mas do espaço-tempo quando consideramos o cosmos. Um buraco neleaparecem apenas sob certas condições. Convidamos você a examinar mais de perto um fenômeno tão interessante quanto os buracos de minhoca.
Primeiras ideias sobre buracos de minhoca
Espaço profundo e seus mistérios acenam. Pensamentos sobre curvatura apareceram imediatamente após a publicação de GR. L. Flamm, físico austríaco, já em 1916 dizia que a geometria espacial pode existir na forma de uma espécie de buraco que liga dois mundos. Os matemáticos N. Rosen e A. Einstein em 1935 notaram que as soluções mais simples de equações no quadro da relatividade geral, descrevendo fontes isoladas eletricamente carregadas ou neutras que criam campos gravitacionais, têm uma estrutura de "ponte" espacial. Ou seja, eles conectam dois universos, dois espaços-tempos quase planos e idênticos.
Mais tarde, essas estruturas espaciais ficaram conhecidas como "buracos de minhoca", que é uma tradução bastante livre da palavra em inglês wormhole. Uma tradução mais próxima disso é "buraco de minhoca" (no espaço). Rosen e Einstein nem mesmo descartaram a possibilidade de usar essas "pontes" para descrever partículas elementares com sua ajuda. De fato, neste caso a partícula é uma formação puramente espacial. Portanto, não há necessidade de modelar especificamente a fonte de carga ou massa. E um observador externo distante, se o buraco de minhoca tiver dimensões microscópicas, vê apenas uma fonte pontual com carga e massa quando em um desses espaços.
Einstein-Rosen "Pontes"
As linhas de força elétricas entram na toca por um lado, e do outro lado saem sem terminar ou começar em qualquer lugar. J. Wheeler, um físico americano, disse nesta ocasião que se obtém "carga sem carga" e "massa sem massa". Não é de todo necessário neste caso considerar que a ponte serve para conectar dois universos diferentes. Não menos apropriada seria a suposição de que ambas as "bocas" de um buraco de minhoca saem para o mesmo universo, mas em tempos e pontos diferentes. Acontece algo parecido com uma "alça" oca, se for costurada a um mundo familiar quase plano. As linhas de força entram na boca, o que pode ser entendido como uma carga negativa (digamos um elétron). A boca de onde saem tem uma carga positiva (positrão). Quanto às massas, elas serão iguais em ambos os lados.
Condições para a formação das "pontes" Einstein-Rosen
Esta imagem, apesar de toda a sua atratividade, não ganhou terreno na física de partículas, por muitas razões. Não é fácil atribuir propriedades quânticas às "pontes" Einstein-Rosen, indispensáveis no micromundo. Essa "ponte" não é formada para valores conhecidos das cargas e massas de partículas (prótons ou elétrons). A solução "elétrica", em vez disso, prevê uma singularidade "nua", ou seja, um ponto onde o campo elétrico e a curvatura do espaço se tornam infinitos. Nesses momentos, o conceitoo espaço-tempo, mesmo no caso da curvatura, perde seu significado, pois é impossível resolver equações que tenham um número infinito de termos.
Quando o GR falha?
Sozinho, o OTO especifica exatamente quando ele para de funcionar. No pescoço, no local mais estreito da "ponte", há uma violação da suavidade da conexão. E deve-se dizer que é bastante não trivial. Da posição de um observador distante, o tempo pára neste pescoço. O que Rosen e Einstein pensavam ser a garganta agora é definido como o horizonte de eventos de um buraco negro (seja carregado ou neutro). Raios ou partículas de diferentes lados da "ponte" caem em diferentes "seções" do horizonte. E entre suas partes esquerda e direita, relativamente falando, há uma área não estática. Para passar na área, é impossível não passar.
Incapacidade de passar por um buraco negro
Uma nave espacial se aproximando do horizonte de um buraco negro relativamente grande parece congelar para sempre. Cada vez menos, os sinais dele chegam… Ao contrário, o horizonte de acordo com o relógio do navio é alcançado em um tempo finito. Quando um navio (um feixe de luz ou uma partícula) passa por ele, logo se depara com uma singularidade. É aqui que a curvatura se torna infinita. Na singularidade (ainda a caminho), o corpo estendido inevitavelmente será rasgado e esmagado. Esta é a realidade de como um buraco negro funciona.
Mais pesquisas
Em 1916-17. As soluções de Reisner-Nordström e Schwarzschild foram obtidas. Nelesdescreve esfericamente buracos negros eletricamente carregados e neutros simétricos. No entanto, os físicos foram capazes de entender completamente a geometria complexa desses espaços apenas na virada dos anos 1950 e 60. Foi então que D. A. Wheeler, conhecido por seu trabalho na teoria da gravidade e física nuclear, propôs os termos "buraco de minhoca" e "buraco negro". Descobriu-se que nos espaços de Reisner-Nordström e Schwarzschild realmente existem buracos de minhoca no espaço. Eles são completamente invisíveis para um observador distante, como buracos negros. E, como eles, os buracos de minhoca no espaço são eternos. Mas se o viajante penetra além do horizonte, eles desmoronam tão rapidamente que nem um raio de luz nem uma partícula massiva, muito menos um navio, podem voar através deles. Para voar para outra boca, ignorando a singularidade, você precisa se mover mais rápido que a luz. Atualmente, os físicos acreditam que as velocidades de supernova de energia e matéria são fundamentalmente impossíveis.
Buracos negros de Schwarzschild e Reisner-Nordström
O buraco negro de Schwarzschild pode ser considerado um buraco de minhoca impenetrável. Quanto ao buraco negro Reisner-Nordström, é um pouco mais complicado, mas também intransitável. Ainda assim, não é tão difícil encontrar e descrever buracos de minhoca quadridimensionais no espaço que possam ser atravessados. Você só precisa escolher o tipo de métrica que você precisa. O tensor métrico, ou métrica, é um conjunto de valores que podem ser usados para calcular os intervalos quadridimensionais que existem entre os pontos de eventos. Este conjunto de valores caracteriza totalmente tanto o campo gravitacional quantogeometria do espaço-tempo. Buracos de minhoca geometricamente percorridos no espaço são ainda mais simples do que os buracos negros. Não têm horizontes que levem a cataclismos com o passar do tempo. Em diferentes pontos, o tempo pode passar em um ritmo diferente, mas não deve parar ou acelerar infinitamente.
Duas linhas de pesquisa sobre buracos de minhoca
A natureza colocou uma barreira ao aparecimento de buracos de minhoca. No entanto, uma pessoa é organizada de tal forma que, se houver um obstáculo, sempre haverá quem queira superá-lo. E os cientistas não são exceção. Os trabalhos dos teóricos que se dedicam ao estudo dos buracos de minhoca podem ser divididos condicionalmente em duas áreas que se complementam. A primeira trata da consideração de suas consequências, assumindo de antemão que existem buracos de minhoca. Representantes da segunda direção estão tentando entender do que e como eles podem aparecer, quais condições são necessárias para sua ocorrência. Há mais trabalhos nessa direção do que no primeiro e, talvez, sejam mais interessantes. Esta área inclui a busca de modelos de buracos de minhoca, bem como o estudo de suas propriedades.
Conquistas dos físicos russos
Como se viu, as propriedades da matéria, que é o material para a construção de buracos de minhoca, podem ser realizadas devido à polarização do vácuo dos campos quânticos. Os físicos russos Sergei Sushkov e Arkady Popov, juntamente com o pesquisador espanhol David Hochberg e Sergei Krasnikov, chegaram recentemente a essa conclusão. O vácuo neste caso não évazio. Este é um estado quântico caracterizado pela energia mais baixa, ou seja, um campo no qual não existem partículas reais. Nesse campo, aparecem constantemente pares de partículas “virtuais”, desaparecendo antes de serem detectadas pelos dispositivos, mas deixando sua marca na forma de um tensor de energia, ou seja, um impulso caracterizado por propriedades inusitadas. Apesar de as propriedades quânticas da matéria se manifestarem principalmente no microcosmo, os buracos de minhoca gerados por elas, sob certas condições, podem atingir tamanhos significativos. Um dos artigos de Krasnikov, aliás, chama-se "A Ameaça dos Buracos de Minhoca".
Uma questão de filosofia
Se buracos de minhoca forem construídos ou descobertos, o campo da filosofia preocupado com a interpretação da ciência enfrentará novos desafios, e devo dizer, muito difíceis. Por todo o aparente absurdo dos loops de tempo e os difíceis problemas de causalidade, essa área da ciência provavelmente descobrirá isso algum dia. Assim como trataram dos problemas da mecânica quântica e da teoria da relatividade criada por Einstein. Espaço, espaço e tempo - todas essas questões interessaram a pessoas de todas as idades e, aparentemente, sempre nos interessarão. É quase impossível conhecê-los completamente. É improvável que a exploração espacial seja concluída.
