Tārpu caurumi: definīcija, teorētiskā būtība, Einšteina–Rozena tilts
Atklāj tārpu caurumu definīciju, teorētisko būtību un Einšteina–Rozena tilta iespējas — ceļojumi, laika dilatācija un zinātnes izaicinājumi.
Tārpu caurums ir teorētisks šķērsojums kosmosā, kas saīsina ceļu laikā un telpā. Tas tiek attēlots kā tunelis vai "caurums" divu atsevišķu punkta savienojumam visumā. Pašreiz nav nekādu tiešu novērojumu pierādījumu, ka tārpu caurumi eksistē.
Teorētiskā būtība un ģeometrija
Konkrēta tārpu cauruma matemātisko aprakstu izsniedz vispārīgās relativitātes vienādojumi: tie ļauj eksotiskas telpas‑laika ģeometrijas risinājumus, kuros pastāv saīsnes starp attālām vietām. Terminu "tārpu caurums" (wormhole) popularizēja teorētiskais fiziķis Džons Vīlers, un viena no agrīnākajām formālajām versijām ir pazīstama kā Einšteina-Rozena tilts — risinājums, kas savieno divas melnā cauruma šaurās zonas. Šie "tilti" bieži ir necaurlaidīgi (nešķērsojami) — tie izveidojas un ātri aizveras vai savieno ar singularitātēm, tāpēc nav droši izmantojami kā ceļš.
Ceļojams pret neceļojams; eksotiska matērija
Teorētiski iespējami arī šķērsojami (traversable) tārpu caurumi, kas ļautu pārvietošanai starp galiem bez sabrukšanas. Lai šāds caurums paliktu atvērts un stabils, vispārīgās relativitātes ietvaros būtu nepieciešama tā saucamā eksotiskā matērija — viela vai lauka stāvoklis ar negatīvu enerģijas blīvumu, kas pārkāpj parastās enerģijas nosacījumus. Bez šādas "negatīvās enerģijas" tārpu caurums pēc izveidošanas, drīzāk, sabruks vai aizvērsies. Ir pētījumi, kas norāda, ka kvantu efekti (piemēram, Kazimira efekts) var radīt lokāli negatīvu enerģiju, bet nav skaidrs, vai tas ir pietiekami un kontrolējami, lai stabilizētu reālu caurumu.
Novērojumu un eksperimentālie ierobežojumi
Līdz šim nav konstatētas pārliecinošas astrofiziskas pazīmes, kas norādītu uz tārpu caurumiem. Iespējamie novērošanas ceļi ietver neparastu gravitācijas lēsumu, spēcīgas lensēšanas anomālijas vai specifiskas gravitālo viļņu signālu formas, taču nekas tāds nav apstiprināts. Tajā pašā laikā teorētiskie aprēķini palīdz ierobežot, kādu ietekmi šādi objekti varētu radīt un kādi būtu to drošības ierobežojumi.
Tārpu caurumi fantastikā un laika ceļošana
Tārpu caurumi ir bieži sastopams zinātniskās fantastikas elements, jo tie piedāvā ērtu nosacītu veidu, kā īsā laikā sasniegt attālas zvaigznes vai pat citas galaktikas. Fantastikā tie bieži kalpo arī kā laika ceļošanas metode.
Hipotētiski laika ceļojums, izmantojot šķērsojamu tārpu caurumu, varētu darboties šādi: ja viens no cauruma galiem tiek pārvietots ar lielu ātrumu attiecībā pret otru vai tiek novietots stiprākā gravitatīvā laukā un pēc tam atgriezts sākuma vietā, tad starp cauruma galiem var rasties ārējā laika nobīde sakarā ar laika dilatāciju. Tas nozīmē, ka ārējam novērotājam viens gals var šķist "vecāks" vai "jaunāks" par otru. Tas rada iespēju, ka, ieejot caur vienu galu un iznākot caur otru, ceļotājs ārējā koordināttelpā var nonākt pagātnē vai nākotnē. Tādas konfigurācijas var novest pie slēgtām laika līknēm (closed timelike curves) un ar to saistītām paradoksālām situācijām.
Tomēr ir nopietni teorētiski un praktiski šķēršļi: stabilizēšana prasa eksotisku matēriju, ceļojumi var izraisīt gravitācijas vai kvantu efektus, kas iznīcina caurumu, un daudzi fiziķi uzskata, ka pastāv kāda "hronoloģijas aizsardzības" mehānisms (piemēram, proti no Stīvena Hokinga priekšlikumiem), kas neļautu laika paradoksiem reāli materializēties.
Secinājums
Tārpu caurumi ir stingri teorētisks, matemātisks koncepts, kas izriet no vispārīgās relativitātes un no kura izriet gan interesantas iespējas (ātrā kosmosa ceļošana, laika ceļošana), gan nopietni izaicinājumi (eksotiskā matērija, stabilitāte, paradoksi). Lai gan tie aktīvi tiek lietoti populārajā iztēlē, pašlaik nav eksperimentālu vai novērojumu pierādījumu, kas apstiprinātu to reālu pastāvēšanu.
Švarcšilda tārpkalniņa shēma
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir tārpju caurums?
A.: Caurums ir teorētisks šķērsojums kosmosā, kas rada īsāko ceļu laikā un telpā. Nav zināms, vai tie eksistē.
J: Kā varētu izveidot tārpkrāpja caurumu?
A: Zinātnieki uzskata, ka, ja tārpju caurumi eksistē, tos nevarētu izveidot, izmantojot tradicionālās zinātniskās metodes. Lai noturētu atvērtu tārpkalniņu, būtu vajadzīga teorētiska eksotiska matērija. Pretējā gadījumā tārpkrāpja caurums pēc tā izveidošanas vienkārši ātri pazustu.
J: Kā tas parādās divdimensiju plaknē?
A: Ja to uzzīmē uz divdimensiju plaknes, tad tārpkļūve izliek plakni, līdzīgi kā salokot papīru, tā, ka abi gali saskaras (kā redzams attēlā).
J: Kurš pirmais lietoja terminu "tārpu caurums"?
A: Terminu "tārpkrāpja caurums" pirmais lietoja teorētiskais fiziķis Džons Vīlers (John Wheeler). To sauc arī par Einšteina-Rozena tiltu.
J: Kādi ir pētnieku rīcībā esošie pierādījumi par to eksistenci?
A.: Pētniekiem nav novērojumu pierādījumu par tārpu caurumiem.
Jautājums: Kāpēc tās bieži parādās zinātniskās fantastikas stāstos?
A.: Červu caurumi bieži parādās zinātniskās fantastikas stāstos, jo tie ļauj ātri veikt starpzvaigžņu, starpgalaktiskus un dažkārt pat starpvisuma ceļojumus, kas var ļaut ceļot laikā cilvēka dzīves laikā.
J: Kā tās varētu izmantot ceļošanai laikā?
A.: Ierosinātā laika ceļošanas mašīna, kas izmanto šķērsojamu tārpkalni, hipotētiski darbotos, paņemot vienu tārpkalniņa ieeju un pārvietojot to tāda objekta gravitācijas laukā, kuram ir lielāka gravitācija nekā otrajai ieejai, un pēc tam atgriežot to sākotnējā stāvoklī pie otras ieejas; tas izraisa laika dilatāciju, kas padara vienu tuneļa galu jaunāku par otru, kā to redz ārējais novērotājs, bet sinhronizēti pulksteņi abos galos paliks sinhronizēti, kad caur to brauks, neatkarīgi no tā, cik liela kustība notiks starp abiem galiem.
Meklēt