Kirminų skylės ir kelionės laiku

Хипотетичната червеева дупка е геометрия на пространство-времето, която свързва области чрез допълнителен път. Отворите ѝ обикновено се наричат усти, а тясната свързваща област – гърло. В зависимост от модела устите може да водят към различни области на една и съща Вселена или към отделни външни области.[1]

Сгънатата хартия помага да си представим по-кратък път, но допълнителното измерение в рисунката е средство за визуализация. Физическият въпрос е свързан с разстоянията и причинно-следствените пътища в самото пространство-време. Червеевата дупка не е непременно тръба, която се извива през околното пространство и до която можем да стигнем и по друг начин.[2]

Мостът на Айнщайн–Розен

Още през 1935 г. Айнщайн и Розен представят конструкцията на мост, изследвайки описанието на частиците в общата теория на относителността. Целта им не е проект за междузвезден транспорт.[3]

Мостът в максимално разширената вечна геометрия на Шварцшилд математически свързва две външни области. Но нито масивен пътешественик, нито фотон могат да преминат от едната външна област в другата. Неговата непроходимост произтича от причинната структура, дори без никой да се опитва да влезе в него.[4]

Въпросът на Морис–Торн

Вместо това Морис и Торн попитали каква геометрия би била необходима, за да премине през нея човек. В добре познатите им статични сферични модели гърлото трябва да остане отворено, по пътя не трябва да има хоризонт на събитията, а приливните напрежения и продължителността на пътуването трябва да са подходящи за пътешественика.[5]

След като се опише геометрия с такива свойства, остава друга задача: да се определи материята и полетата, които я поддържат. Статичното решение само по себе си също не доказва, че системата може да се образува или да остане стабилна след смущение.[5]

Уравненията на Айнщайн свързват кривината на пространство-времето с енергията, импулса, налягането и други напрежения. При стандартното гърло на Морис–Торн в гравитацията на Айнщайн разтварянето на геометрията изисква нарушаване на нулевото енергийно условие близо до гърлото.[5]

Само отрицателното налягане не е достатъчно. За идеална флуидна среда нулевото енергийно условие е ρ + p ≥ 0, когато ρ е изразено като плътност на енергията. Космологичната константа има p = −ρ и достига равенство в това условие. Напреженията в червеевите дупки обикновено зависят от посоката, затова радиалното налягане е важно.[6]

Какво позволява квантовата физика – и какво ограничава

Квантовите полета могат да имат отрицателна локална ренормализирана плътност на енергията, дефинирана спрямо подходящо референтно състояние. Това не осигурява свободно събираема материя с неограничена отрицателна енергия. Квантовите енергийни неравенства ограничават подходящите средни стойности; точните граници зависят от полето и физическите условия.[7]

Силата на Казимир между близко разположени повърхности е измерена. Това наблюдение проверява квантовите полеви ефекти, зависещи от граничните условия; то не показва наличието на материал, способен да държи червеевата дупка отворена.[8]

Обикновената антиматерия също не предлага пряк път към това изискване: античастиците са възбуждения с положителна енергия, както и обикновените частици. Противоположният електричен заряд не означава отрицателна енергия.[9]

Форд и Роман приложиха квантови ограничения към статични сферични червееви дупки и установиха строги ограничения върху размерите на гърлата им и областите с отрицателна енергия. Анализът им поставя строги ограничения, валидни при конкретни полукласически допускания, но не представлява теорема, която отхвърля всички възможни модели на червееви дупки.[10]

Попадане в бъдещето на другите хора

За два часовника, движещи се по различни траектории в пространството-времето, може да изтече различно собствено време. Пътешественикът може да се върне, остарял по-малко от останалите. Разликите в показанията на часовниците, предсказани от теорията на относителността, са потвърдени експериментално, включително чрез сравнения с точни атомни часовници.[11]

В този смисъл пътешественикът достига до по-късен етап от живота на другите хора, макар за него да е изтекло по-малко време. И двата часовника продължават да отмерват времето напред по своите траектории; този процес не връща пътешественика към по-ранно събитие.[11]

Връщане към минало събитие от собствения живот

Така наречената затворена времеподобна крива, или CTC, е насочена към бъдещето времеподобна траектория, която се затваря сама в себе си в пространството-времето. След като обиколите планета, се връщате на същото място в по-късен момент. CTC ви връща към същото събитие в пространството-времето и така прави възможна причинно-следствена примка.[12]

В някои математически решения има такива криви. Моделът на въртящата се Вселена на Гьодел е известен пример; свойствата му не описват наблюдаваната от нас Вселена. Намирането на решение на уравненията все още не доказва, че такова пространство-време може да възникне в природата при реалистични условия.[13]

В мисления експеримент на Морис, Торн и Юртсевер, поради относителното движение при устията може да изтече различно собствено време, докато червеевата дупка, която ги свързва, продължава да съществува. При подходящо разполагане на устията преминаването през тях може да свърже събития, на които външните часовници приписват различно време.[2]

В тази конструкция се приема, че червеевата дупка и поддържащите я полета ще се запазят през цялата процедура. Това е условен аргумент за геометрията, а не потвърден инженерен метод.[2]

Отместването надхвърля сбора от поправката за преминаване и продължителността на пътуването по външния маршрут. След като се върне в B по-рано, остава време за изчакване и затваряне на примката.[14]

Самото времево отместване не гарантира CTC. То трябва да е достатъчно голямо в сравнение с продължителността на възможния маршрут за връщане, за да може цялото пътуване да образува затворена примка.[2]

Парадоксите повдигат въпроса дали историята на събитията е непротиворечива

Парадоксът на дядото представя въображаемо действие, което премахва условията, необходими за извършването на същото това действие. В класическите изследвания на затворени времеподобни криви (CTC) обаче може да се попита дали съществуват вътрешно непротиворечиви истории. Някои опростени модели имат непротиворечиви решения, понякога и повече от едно. Това не доказва, че съществуват машини на времето или че пътешествениците могат свободно да пренаписват вече установеното минало.[15]

Хипотезата на Hawking за защита на хронологията

Hawking изказва идеята, че законите на физиката може да не позволяват образуването на затворени времеподобни криви. С приближаването на образуването на област, нарушаваща хронологията, квантовите полета биха могли да реагират силно и да променят геометрията чрез обратна реакция. Тези аргументи подтикват към разглеждането на защита на хронологията; те не представляват универсално доказателство, изключващо възможността за каквато и да е причинна примка.[16]

Kay, Radzikowski и Wald доказват по-конкретна пречка: за разглеждания от тях клас хоризонти и квантови полета в определени точки на хоризонта вече не е изпълнено стандартното условие за регулярност на квантовото състояние. В тези точки обичайният начин за конструиране на ренормализирания енергийно-импулсен тензор вече не работи. Това не доказва, че енергията е безкрайна навсякъде, нито определя какъв резултат би дала една цялостна теория на квантовата гравитация.[17]

ЕР = ЕПР – хипотеза за връзка

Малдасена и Съскинд предложиха връзка между мостовете на Айнщайн–Розен и квантовото заплитане. Някои квантово заплетени състояния на черни дупки могат да бъдат описани геометрично чрез мостове. По-широката хипотеза ER = EPR поставя въпроса доколко широко важи тази връзка; тя не превръща всяка заплетена двойка в използваем тунел.[19]

Проходимост в контролирани холографски модели

Гао, Джаферис и Уол показаха, че чрез свързване на границите на конкретен модел на анти-де Ситер може да се получи отрицателна осреднена нулева енергия и мостът му да стане проходим. Тази конструкция предвижда ясно дефинирано взаимодействие между двете страни и запазва причинността.[20]

Такива модели са ценни, защото гравитацията и квантовата информация могат да се изследват чрез взаимно допълващи се описания. Граничните им условия и взаимодействията са част от физиката; сами по себе си те не предоставят начин за отваряне на пряк път между отдалечени места във Вселената ни.[20]

Какво беше направено в експеримента с квантов процесор

През 2022 г. изследователите реализираха опростен квантов модел с помощта на верига от девет кубита и изследваха динамиката на телепортацията, която обясниха чрез гравитационно описание. Експериментът изследваше предложената връзка между квантовата динамика и физиката на червеевите дупки.[21]

„Калтек“ ясно обясни, че по време на експеримента не е била създадена истинска червеева дупка в пространство-времето. Това беше контролирана квантова система, а не портал, през който би могъл да пътува обект.[22]

Авторите на последващи изследвания поставиха под съмнение доколко опростеният модел обосновава убедително гравитационната интерпретация; първоначалният екип защити обхвата на експеримента. Тази дискусия се отнася до интерпретацията на модела, а не до тунел, наблюдаван да се отваря в лаборатория.[23], [24]

Изследователите изчисляват как хипотетичните геометрии биха изкривили пътя на светлината или биха повлияли на излъчването на близката материя. При някои модели изображението може да е много подобно на изображение на черна дупка, когато източникът и наблюдателят са от една и съща страна. Светлината, идваща през гърловината от другата страна, може да създаде различни светлинни шарки.[25]

Това са прогнози на моделите. За да има смисъл проверката, трябва да се посочат геометрията, източникът на светлина и условията на наблюдение. Само един необичаен светъл пръстен не би бил достатъчен, за да се разпознае червеева дупка.[25]

Гравитационните вълни предлагат друг метод за търсене. Някои модели на компактни обекти без хоризонт могат да имитират началния етап на затихващите трептения на черна дупка, но по-късно да се различават от нея. Ако се твърди, че е открита разлика, тя трябва внимателно да се сравни с обичайните астрофизични обяснения, ефектите, породени от детектора, и основните допускания на всеки модел.[26]

Nė vienu patvirtintu stebėjimu nenustatyta, kad egzistuoja pereinama erdvėlaikio kirmgrauža. Tirti galimą tam tikros geometrijos signalą ar įgyvendinti susijusias lygtis procesoriuje yra kitoks pasiekimas nei aptikti patį objektą gamtoje.[22]

Įtikinamas pasiūlymas turi susieti kelis dalykus: erdvėlaikio geometriją, neprieštaringą energijos ir impulso šaltinį, būdą, kuriuo tokia konfigūracija galėtų susidaryti, ir aprašymą, kaip ji reaguoja į trikdžius. Įtraukus papildomą lauko rūšį ar pakeitus gravitacijos teoriją, pasikeičia pats uždavinys ir atsiranda naujų tikrintinų prognozių.

Net ir pereinamas matematinis sprendinys nebūtinai būtų patogus keliautojui. Svarbios potvyninės jėgos, spinduliuotė, kaklelio matmenys ir laikas, per kurį galima pereiti. Tai atskiri klausimai nuo to, ar toks kelias apskritai egzistuoja.[5]

Kirmgraužos tebėra naudingos fizikai, nes verčia tiksliai kelti klausimus apie geometriją, energiją ir informaciją. Laiko kilpų modeliai tą patį daro priežastingumo srityje: jie atskleidžia, kokios prielaidos leidžia numatyti įvykių eigą ir kur įprasti aprašymai nustoja būti patikimi.

Mokslinė fantastika gali pasirinkti stabilius vartus kaip pradinę prielaidą. Fizika klausia, kas tokią prielaidą pagrįstų ir kokie įrodymai leistų mums atpažinti tokį objektą Visatoje.

Природата на пространството и времето

1. Специална теория на относителността: забавяне на времето и скъсяване на дължината
2. Обща теория на относителността: гравитацията като изкривено пространство-време
3. Квантова механика: дуализъм на вълната и частицата
4. Квантова теория на полето и Стандартен модел
5. Черни дупки и хоризонти на събитията
6. Червееви дупки и пътуване във времето · Вие сте тук
7. Тъмна материя: скрита маса
8. Тъмна енергия: ускоряващо се разширяване
9. Гравитационни вълни
10. Към единна теория