Ali bi astronavti preživeli medzvezdni izlet skozi črvovko?

V vesoljski operi Interstellar so astronavti, ki želijo rešiti človeštvo, našli reševalno vrvico: črvičico, ki se je skrivnostno pojavila poleg Saturna. Predor skozi vesoljski čas vodi do oddaljene galaksije in možnosti, da bi našli bivalne planete, ki jih lahko človek kolonizira. Maščobna luknja filma temelji na resnični fiziki upokojenega profesorja CalTech Kip Thorne, pionirja astrofizike, ki je Carl Saganu pomagal tudi oblikovati črvičnico za roman Contact . Vizualizacije so osupljive in jih označujejo kot nekatere najbolj natančne simulacije polža in črnih lukenj v filmu. Obstaja pa en vidik, kako se vdirati v medzvezdni izraz, ki ga film ne nagovori: Kako preživeti potovanje?

Sorodne vsebine

• Stephen Hawking misli, da lahko rešimo večjo skrivnost črne luknje z lasmi
• Fiziki so zgradili črvičjo luknjo za magnete
• Zakaj "Interstellar" spada v panteon najboljših "realističnih" znanstvenofantastičnih filmov
• Najbližja stvar v resničnem življenju Mystove knjige o črvičah

Čeprav tega niso poimenovali, je bila prvotna črvičarka Albert Einstein in njegov pomočnik Nathan Rosen. Einsteinove enačbe za splošno relativnost so poskušali rešiti na način, ki bi na koncu pripeljal do čisto matematičnega modela celotnega vesolja, vključno z gravitacijo in delci, ki sestavljajo materijo. Njihov poskus je bil opisati prostor kot dva geometrijska lista, povezana z "mostovi", ki ju dojemamo kot delce.

Drugi fizik, Ludwig Flamm, je leta 1916 v svoji rešitvi Einsteinovih enačb neodvisno odkril take mostove. Na žalost za vse te teorije teorije ni uspelo, saj se teoretični mostovi na koncu niso obnašali kot pravi delci. Toda Einstein in Rosen je iz leta 1935 prispeval populacijo koncepta predora skozi tkanino vesolja in druge fizike resno razmišljal o posledicah.

Princeton fizik John Wheeler je izraz "črvičja" skoval v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je raziskal modele mostov Einstein-Rosen. Opozoril je, da so mostovi podobni luknjam, ki jih črvi poženejo skozi jabolka. Mravlja, ki se plazi z ene strani jabolka na drugo, se lahko vrti po njeni ukrivljeni površini ali pa požene bližnjico skozi črvov tunel. Zdaj si predstavljajte, da je naš tridimenzionalni vesoljski čas koža jabolka, ki se vije okoli višje dimenzije, imenovane "glavnina". Most Einstein-Rosen je tunel skozi večji del, ki popotnikom omogoča hiter vozni pas med dvema točkama prostora. Sliši se čudno, vendar je zakonita matematična rešitev splošne relativnosti.

Wheeler je spoznal, da se ustja mostov Einstein-Rosen priročno ujemajo z opisi tega, kar je znano kot Schwarzschildova črna luknja, preprosta sfera snovi, ki je tako gosta, da niti svetloba ne more ubežati njenemu gravitacijskemu potepu. Ah-ha! Astronomi verjamejo, da črne luknje obstajajo in nastanejo, ko se jedra izredno masivnih zvezd na njih zrušijo. So torej lahko črne luknje tudi črvičke in s tem prehodi za medzvezdna potovanja? Matematično gledano, morda - toda potovanja nihče ne bi preživel.

V modelu Schwarzschild je temno srce črne luknje singularnost, nevtralna, negibljiva sfera z neskončno gostoto. Wheeler je izračunal, kaj bi se zgodilo, če se bo rodila luknjica, ko se bosta dve singularnosti v oddaljenih delih vesolja združili v velikem delu in ustvarili tunel med črnimi luknjami Schwarzschila. Ugotovil je, da je takšna črvičnica že sama po sebi nestabilna: predor se oblikuje, vendar se nato skrči in stisne, tako da si še enkrat zapustil samo dve posebnosti. Ta proces rasti in krčenja se zgodi tako hitro, da niti svetloba ne preide skozi predor in astronavt, ki poskuša preiti, bi naletel na posebnost. To je nenadna smrt, saj bi neizmerne gravitacijske sile odtrgale popotnika.

"Karkoli ali kdorkoli, ki poskuša potovanje, se uniči v ščepec!" Thorne piše v svoji spremljevalni knjigi do filma The Science of Interstellar .

Znanost o medcelini

Amazon.com: The Science of Interstellar (9780393351378): Kip Thorne, Christopher Nolan: Knjige

Obstaja alternativa: vrteča se črna luknja Kerr, kar je še ena možnost v splošni relativnosti. Posebnost znotraj črne luknje Kerr je obroč v nasprotju s kroglo, nekateri modeli pa kažejo, da bi človek potovanje lahko preživel, če bi skozi sredino tega obroča, kot košarka, skočil skozi obroč. Thorne pa ima proti temu pojmu številne ugovore. V članku o potovanju skozi črvičnico iz leta 1987 ugotavlja, da grlo črve črnice vsebuje območje, imenovano Cauchy horizont, ki je zelo nestabilno. Matematika pravi, da takoj, ko karkoli, tudi svetloba, poskuša preiti to obzorje, se predor sesede. Tudi če bi se pelin lahko nekako stabiliziral, nam kvantna teorija sporoča, da je treba v notranjost preplaviti visokoenergijski delci. Stopite v črno luknjo Kerr in prepraženi boste do hrustljavega mesa.

Trik je v tem, da se fizika še vedno ne bo ločila klasičnih pravil gravitacije s kvantnim svetom, kar je izmuzni del matematike, ki ga mnogi raziskovalci poskušajo določiti. Juan Maldacena v Princetonu in Leonard Susskind na Stanfordu sta v enem zvitju slike predlagala, da so lahko črvičke podobne fizičnim manifestacijam zapletanja, ko so kvantni predmeti povezani, ne glede na to, koliko so narazen.

Einstein je spletenost opisal kot "grozovito delovanje na daljavo" in se uprl pojmu. Toda veliko poskusov nam pove, da je zapletanje resnično - že se komercialno uporablja za zaščito spletnih komunikacij, na primer bančnih transakcij. Po besedah ​​Maldacene in Susskind velike količine zapletanja spreminjajo geometrijo vesolja in lahko povzročijo luknje v obliki zapletenih črnih lukenj. Toda njihova različica ni medzvezdni prehod.

"So črvičevine, ki ti ne dovoljujejo potovanja hitreje kot svetloba, " pravi Maldacena. "Vendar pa vam lahko dovolijo, da srečate nekoga v notranjosti, z majhnim opozorilom, da bi oba umrla v gravitacijski singularnosti."

V redu, zato so črne luknje problem. Kakšna je torej lahko črvovodja? Avi Loeb iz centra za astrofiziko Harvard-Smithsonian pravi, da so naše možnosti široko odprte: "Ker še nimamo teorije, ki bi zanesljivo poenotila splošno relativnost s kvantno mehaniko, ne poznamo celotnega živalskega vrta možnih vesoljskih časovnih struktur, ki bi lahko nastanili. črvičke. "

Še vedno je pripet. Thorne je v svojem delu iz leta 1987 ugotovil, da se bo katera koli vrsta črvičke, ki je skladna s splošno relativnostjo, zrušila, razen če jo bo odprla tako imenovana "eksotična snov" z negativno energijo. Trdi, da imamo dokaze o eksotični snovi zahvaljujoč poskusom, ki kažejo, kako kvantna nihanja v vakuumu ustvarjajo negativni pritisk med dvema ogledaloma, ki sta postavljena zelo blizu. In Loeb meni, da so naša opažanja temne energije še dodatni namigi, da lahko obstaja eksotična snov.

"Opažamo, da so v nedavni kozmični zgodovini galaksije bežale od nas s hitrostjo, ki se s časom povečuje, kot da bi jih premagala odbojna gravitacija, " pravi Loeb. "To pospešeno širjenje vesolja je mogoče razložiti, če je vesolje napolnjeno s snovjo, ki ima negativen pritisk ... tako kot material, potreben za ustvarjanje črvičke." Oba fizika pa se strinjata, da bi potrebovali preveč eksotičnih snovi, da bi se lahko črvičja oblikovala po naravni poti, in le zelo napredna civilizacija bi si lahko kdaj upala zbrati dovolj stvari za stabilizacijo črvičke.

Toda drugi fiziki niso prepričani. "Mislim, da bi bila stabilna, prehodna črvička zelo zmedena in videti v neskladju z zakoni fizike, ki jih poznamo, " pravi Maldacena. Sabine Hossenfelder z nordijskega inštituta za teoretično fiziko na Švedskem je še bolj skeptična: "Popolnoma nič ne kaže, da to obstaja. Dejansko velja, da ne more obstajati, saj bi bil vakuum nestabilen." Tudi če bi bila na voljo eksotična zadeva, potovanje po njej morda ni lepo. Natančni učinki bi bili odvisni od ukrivljenosti vesolja v času črvovoda in gostote energije znotraj, pravi. "Približno tako kot s črnimi luknjami: preveč plimovalnih sil in se raztrgaš."

Thorne je kljub navezanosti na film tudi pesimističen, da je prehodna črvičnica celo mogoča, veliko manj preživeta. "Če lahko obstajajo, zelo dvomim, da bi se lahko naravno oblikovali v astrofizičnem vesolju, " piše v knjigi. Toda Thorne ceni, da sta Christopher in Jonah Nolan, ki sta pisala Interstellar, tako rada pripovedovala zgodbo, ki je utemeljena v znanosti.

"Zgodba je v bistvu vse Chris in Jonah, " je Thorne povedal Wired v ekskluzivnem intervjuju. "Toda duh tega, cilj je imeti film, v katerem je znanost že od začetka vdelana v tkanino - in to je velika znanost -, ki se je ohranila."