Да ли би астронаути преживели међузвездано путовање кроз црвоточину?

У свемирској опери Интерстеллар, астронаути који желе спасити човечанство пронашли су спасоносну линију: црвоточина која се мистериозно појавила поред Сатурна. Тунел кроз свемирско време води у далеку галаксију и прилику да се нађу животне планете које људи могу да колонизују. Црвоточина филма заснован је на стварној физици пензионисаног професора из ЦалТецха Кип Тхорнеа, пионира астрофизике који је такође помогао Царлу Сагану да дизајнира своју црвоточину за роман Цонтацт . Визуализације су запањујуће и називају се неким од најтачнијих симулација црвоточина и црних рупа у филму. Али постоји један аспект урањања у међузвјездани израз који филм не говори: Како преживјети путовање?

Сличан садржај

• Степхен Хавкинг мисли да можемо ријешити главну мистерију црне рупе с косом
• Физичари су изградили црвоточну рупу за магнете
• Зашто "Интерстеллар" спада у пантеон најбољих "реалистичких" научнофантастичних филмова
• Најближа ствар у стварном животу Мистовој књизи црвоточина

Иако га нису звали таквим, првобитна црвоточина била је деца Алберта Еинстеина и његовог помоћника Натхана Росена. Они су покушавали да реше Аинстеинове једнаџбе за општу релативност на начин који би у коначници довео до чисто математичког модела целог универзума, укључујући гравитацију и честице које чине материју. Њихов покушај био је описати простор као два геометријска листа повезана "мостовима", које ми доживљавамо као честице.

Други физичар, Лудвиг Фламм, самостално је открио такве мостове 1916. године у свом решењу Еинстеинових једначина. Нажалост за све њих, ова „теорија свега“ није успела, јер се теоријски мостови на крају нису понашали попут правих честица. Али, Еинстеин и Росен-ов рад из 1935. године популаризовали су концепт тунела кроз тканину свемира и натерали друге физичаре да озбиљно размишљају о последицама.

Принцетон физичар Јохн Вхеелер сковао је појам "црвоточина" 1960-их година када је истраживао моделе Еинстеин-Росен мостова. Приметио је да су мостови слични рупама кроз које црви пролазе кроз јабуке. Мрав који пузе с једне на другу страну јабуке може се обавити скроз до закривљене површине или узети пречицу кроз црва тунел. Сада замислите да је наше тродимензионално свемирско време кожа јабуке која се савија око веће димензије која се зове „највећи део“. Мост Ајнштајн-Розен је тунел кроз главну масу који путницима омогућава брзу траку између две тачке у простору. Звучи чудно, али представља законито математичко решење за општу релативност.

Вхеелер је схватио да ушћа мостова Ајнштајн-Розен прикладно одговарају описима онога што је познато као Сцхварзсцхилд црна рупа, једноставне сфере материје толико густе да чак ни светлост не може да избегне њен гравитациони потез. Ах-ха! Астрономи верују да црне рупе постоје и настају када се језгре изузетно масивних звезда уруше у себе. Па би ли црне рупе могле бити и црвоточне рупе и на тај начин улаз у међузвездна путовања? Математички гледано, можда - али нико не би преживео путовање.

У Сцхварзсцхилдовом моделу, тамно срце црне рупе је јединственост, неутрална, непомична сфера са бесконачном густином. Вхеелер је израчунао шта ће се догодити ако се црвоточина створи када се две сингуларности у далеким деловима свемира споје у маси, стварајући тунел између Сцхварзсцхилл-ових црних рупа. Открио је да је таква црвоточна рупа по својој природи нестабилна: тунел се формира, али се потом стеже и одлепи, остављајући вам још једном само две јединствености. Овај процес раста и контракције догађа се тако брзо да ни светлост не пролази кроз тунел, а астронаут који покушава проћи кроз њега наишао би на посебност. То је изненадна смрт, јер би огромне гравитационе силе раздвојиле путника.

"Све или свако ко покуша путовање биће уништен у кратком року!" Тхорне пише у својој пропратној књизи до филма, Тхе Сциенце оф Интерстеллар .

Наука о међузвездју

Амазон.цом: Тхе Сциенце оф Интерстеллар (9780393351378): Кип Тхорне, Цхристопхер Нолан: Књиге

Постоји алтернатива: ротирајућа Керр црна рупа, што је још једна могућност у општој релативности. Појединачност унутар Керрове црне рупе је прстен за разлику од сфере, а неки модели сугерирају да би човек могао да преживи путовање ако уредно прође кроз центар овог прстена попут кошарке кроз обруч. Тхорне, међутим, има низ приговора на овај појам. У раду из 1987. о путовању кроз црвоточку рупу, он примећује да грло црвоточине у Керру садржи подручје које се зове Цауцхи хоризонт и које је веома нестабилно. Математика каже да чим било што, чак и светлост, покуша да прође овај хоризонт, тунел се руши. Чак и ако би се црвоточина могла некако стабилизовати, квантна теорија нам говори да би изнутра требало бити потопљено честицама високе енергије. Завијте у Керр црвоточину и пржићете до хрскаве коре.

Трик је у томе што физика тек треба да се избори за класична гравитациона правила са квантним светом, неухватљивим делом математике који многи истраживачи покушавају да утврде. У једном преокрету слике, Јуан Малдацена из Принцетона и Леонард Сусскинд на Станфорду предложили су да црвоточине могу бити попут физичких манифестација заплетања, када су квантни предмети повезани без обзира колико били удаљени.

Ајнштајн је славно описао заплете као „сабласно деловање на даљину“ и одупро се тој идеји. Али мноштво експеримената говори нам да је заплетање стварно - већ се комерцијално користи за заштиту мрежних комуникација, попут банкарских трансакција. Према Малдацени и Сусскинд-у, велике количине заметки мењају геометрију просторног времена и могу створити рупе у облику заплетених црних рупа. Али њихова верзија није међузвездни улаз.

"То су црвоточине које вам не дозвољавају да путујете брже од светлости", каже Малдацена. "Међутим, могу вам дозволити да сретнете некога унутра, са малом упозорењем да би обоје потом умрли у гравитационој сингуларности."

ОК, црне рупе су проблем. Шта онда може бити црвоточина? Ави Лоеб из Харвард-Смитхсониан Центра за астрофизику каже да су наше могућности широм отворене: "Будући да још увек немамо теорију која поуздано обједињује општу релативност са квантном механиком, не знамо цео зоолошки врт могућих свемирских временских структура које би могле да настану. црвоточине. "

Још увек је грешка. Тхорне је у свом раду из 1987. године открио да ће се било која врста црвоточине која је конзистентна са општом релативитетом распасти, осим ако је не отвори оно што он назива "егзотичном материјом" с негативном енергијом. Он тврди да имамо доказе о егзотичној материји захваљујући експериментима који показују како квантне флуктуације у вакууму изгледају као да стварају негативан притисак између два огледала која су постављена врло близу. А Лоеб мисли да су наша опажања о тамној енергији додатни наговештаји да би могла постојати егзотична материја.

"Приметили смо да су током недавне космичке историје галаксије бежале од нас брзином која се временом повећава, као да су на њих деловале одбојне гравитације", каже Лоеб. "Ово убрзано ширење универзума може се објаснити ако је универзум испуњен супстанцом која има негативан притисак ... баш као и материјал потребан за стварање црвоточине." Међутим, оба физичара се слажу да ће вам требати превише егзотичне материје да би се црвоточина икад природно обликовала, а само се високо напредна цивилизација могла икада надати да ће сакупити довољно ствари за стабилизацију црвоточне рупе.

Али други физичари нису уверени. "Мислим да би стабилна, проходна црвоточина била веома збуњујућа и чини се нескладном са законима физике које познајемо", каже Малдацена. Сабине Хоссенфелдер са нордијског Института за теоријску физику у Шведској је још скептичнија: "Ми имамо апсолутно нула показатеља да то постоји. Заиста постоји широко веровање да не може постојати, јер ако би вакуум био нестабилан." Чак и ако је била доступна егзотична материја, путовање кроз њу можда и није лепо. Тачни ефекти зависили би од закривљености просторног времена око црвоточине и густине енергије унутра, каже она. "Прилично је то са црним рупама: превише плимних сила и раскомадаћете се."

Упркос везама са филмом, Тхорне је такође песимистичан да је могућа чак и проходна црвоточина, а много мање преживета. "Ако могу постојати, врло сумњам у то да се могу природно формирати у астрофизичком свемиру", пише у књизи. Али Тхорне цени да су Цхристопхер и Јонах Нолан, који су написали Интерстеллар, били толико вољни да испричају причу која је утемељена на науци.

"Прича је у суштини све Цхрис и Јонах", рекао је Тхорне Виреду у ексклузивном интервјуу. "Али дух тога, циљ је имати филм у којем је наука већ од почетка уграђена у тканину - и то је сјајна наука - која је сачувана."