El universo estelar está plagado de muchos misterios. De acuerdo con la teoría general de la relatividad (GR), creada por Einstein, vivimos en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Es curvo, y la gravedad, familiar para todos nosotros, es una manifestación de esta propiedad. La materia se dobla, "dobla" el espacio a su alrededor, y cuanto más, más denso es. El espacio, el espacio y el tiempo son temas muy interesantes. Después de leer este artículo, seguramente aprenderás algo nuevo sobre ellos.
La idea de la curvatura
Muchas otras teorías de la gravedad, de las cuales hay cientos hoy en día, difieren de la relatividad general en detalles. Sin embargo, todas estas hipótesis astronómicas conservan lo principal: la idea de la curvatura. Si el espacio es curvo, entonces podemos suponer que podría tomar, por ejemplo, la forma de una tubería que conecta áreas que están separadas por muchos años luz. Y tal vez incluso eras lejos el uno del otro. Después de todo, no estamos hablando del espacio que nos es familiar, sino del espacio-tiempo cuando consideramos el cosmos. Un agujero en elaparecen sólo bajo ciertas condiciones. Te invitamos a echar un vistazo más de cerca a un fenómeno tan interesante como los agujeros de gusano.
Primeras ideas sobre los agujeros de gusano
El espacio profundo y sus misterios atraen. Los pensamientos sobre la curvatura aparecieron inmediatamente después de la publicación de GR. L. Flamm, físico austriaco, ya en 1916 decía que la geometría espacial puede existir en forma de una especie de agujero que conecta dos mundos. El matemático N. Rosen y A. Einstein en 1935 notaron que las soluciones más simples de ecuaciones en el marco de la relatividad general, que describen fuentes aisladas eléctricamente cargadas o neutras que crean campos gravitatorios, tienen una estructura de "puente" espacial. Es decir, conectan dos universos, dos espacios-tiempos casi planos e idénticos.
Más tarde, estas estructuras espaciales se conocieron como "agujeros de gusano", que es una traducción bastante imprecisa de la palabra inglesa wormhole. Una traducción más cercana es "agujero de gusano" (en el espacio). Rosen y Einstein ni siquiera descartaron la posibilidad de utilizar estos "puentes" para describir partículas elementales con su ayuda. En efecto, en este caso la partícula es una formación puramente espacial. Por lo tanto, no hay necesidad de modelar específicamente la fuente de carga o masa. Y un observador externo distante, si el agujero de gusano tiene dimensiones microscópicas, solo ve una fuente puntual con carga y masa cuando se encuentra en uno de estos espacios.
Einstein-Rosen "Puentes"
Líneas eléctricas de fuerza entran en la madriguera por un lado, y por el otro lado salen sin terminar ni empezar en ninguna parte. J. Wheeler, físico estadounidense, dijo en esta ocasión que se obtienen "carga sin carga" y "masa sin masa". No es en absoluto necesario en este caso considerar que el puente sirve para conectar dos universos diferentes. No menos apropiada sería la suposición de que ambas "bocas" de un agujero de gusano salen al mismo universo, pero en diferentes momentos y en diferentes puntos del mismo. Resulta algo parecido a un "mango" hueco, si está cosido a un mundo familiar casi plano. Las líneas de fuerza entran por la boca, lo que puede entenderse como una carga negativa (digamos un electrón). La boca por la que salen tiene carga positiva (positrón). En cuanto a las masas, serán iguales en ambos lados.
Condiciones para la formación de "puentes" Einstein-Rosen
Esta imagen, a pesar de todo su atractivo, no ha ganado terreno en la física de partículas, por muchas razones. No es fácil atribuir propiedades cuánticas a los "puentes" de Einstein-Rosen, indispensables en el micromundo. Tal "puente" no se forma en absoluto para valores conocidos de cargas y masas de partículas (protones o electrones). En cambio, la solución "eléctrica" predice una singularidad "desnuda", es decir, un punto donde el campo eléctrico y la curvatura del espacio se vuelven infinitos. En tales puntos, el conceptoel espacio-tiempo, incluso en el caso de la curvatura, pierde su significado, ya que es imposible resolver ecuaciones que tienen un número infinito de términos.
¿Cuándo falla GR?
Por sí solo, OTO especifica exactamente cuándo deja de funcionar. En el cuello, en el lugar más estrecho del "puente", hay una violación de la suavidad de la conexión. Y hay que decir que es bastante no trivial. Desde la posición de un observador distante, el tiempo se detiene en este cuello. Lo que Rosen y Einstein pensaron que era la garganta ahora se define como el horizonte de eventos de un agujero negro (ya sea cargado o neutral). Rayos o partículas de diferentes lados del "puente" caen sobre diferentes "secciones" del horizonte. Y entre sus partes izquierda y derecha, relativamente hablando, hay un área no estática. Para pasar el área, es imposible no pasarla.
Incapacidad para atravesar un agujero negro
Una nave espacial que se acerca al horizonte de un agujero negro relativamente grande parece congelarse para siempre. Cada vez con menos frecuencia, las señales de él llegan … Por el contrario, el horizonte según el reloj del barco se alcanza en un tiempo finito. Cuando una nave (un rayo de luz o una partícula) lo pasa, pronto se encontrará con una singularidad. Aquí es donde la curvatura se vuelve infinita. En la singularidad (todavía en camino hacia ella), el cuerpo extendido inevitablemente será desgarrado y aplastado. Esta es la realidad de cómo funciona un agujero negro.
Más investigación
En 1916-17. Se obtuvieron soluciones de Reisner-Nordström y Schwarzschild. En ellosdescribe esféricamente agujeros negros simétricos eléctricamente cargados y neutros. Sin embargo, los físicos solo pudieron comprender completamente la compleja geometría de estos espacios a finales de los años 50 y 60. Fue entonces cuando D. A. Wheeler, conocido por su trabajo en la teoría de la gravedad y la física nuclear, propuso los términos "agujero de gusano" y "agujero negro". Resultó que en los espacios de Reisner-Nordström y Schwarzschild realmente hay agujeros de gusano en el espacio. Son completamente invisibles para un observador distante, como los agujeros negros. Y, como ellos, los agujeros de gusano en el espacio son eternos. Pero si el viajero penetra más allá del horizonte, se derrumban tan rápidamente que ni un rayo de luz ni una partícula masiva, y mucho menos un barco, pueden volar a través de ellos. Para volar a otra boca, sin pasar por la singularidad, debes moverte más rápido que la luz. Actualmente, los físicos creen que las velocidades de energía y materia de las supernovas son fundamentalmente imposibles.
Agujeros negros de Schwarzschild y Reisner-Nordström
El agujero negro de Schwarzschild puede considerarse un agujero de gusano impenetrable. En cuanto al agujero negro de Reisner-Nordström, es algo más complicado, pero también infranqueable. Aún así, no es tan difícil idear y describir agujeros de gusano de cuatro dimensiones en el espacio que podrían atravesarse. Solo necesita elegir el tipo de métrica que necesita. El tensor métrico, o métrica, es un conjunto de valores que se pueden utilizar para calcular los intervalos de cuatro dimensiones que existen entre los puntos de evento. Este conjunto de valores caracteriza completamente tanto el campo gravitacional comogeometría del espacio-tiempo. Los agujeros de gusano geométricamente atravesables en el espacio son incluso más simples que los agujeros negros. No tienen horizontes que lleven a cataclismos con el paso del tiempo. En diferentes puntos, el tiempo puede ir a un ritmo diferente, pero no debe detenerse ni acelerarse sin cesar.
Dos líneas de investigación de agujeros de gusano
La naturaleza ha puesto una barrera a la aparición de agujeros de gusano. Sin embargo, una persona está dispuesta de tal manera que si hay un obstáculo, siempre habrá quienes quieran superarlo. Y los científicos no son una excepción. Los trabajos de los teóricos que se dedican al estudio de los agujeros de gusano se pueden dividir condicionalmente en dos áreas que se complementan entre sí. El primero se ocupa de la consideración de sus consecuencias, asumiendo de antemano que los agujeros de gusano existen. Los representantes de la segunda dirección están tratando de comprender de qué y cómo pueden aparecer, qué condiciones son necesarias para que ocurran. Hay más trabajos en esta dirección que en la primera y, quizás, más interesantes. Esta área incluye la búsqueda de modelos de agujeros de gusano, así como el estudio de sus propiedades.
Logros de los físicos rusos
Al final resultó que, las propiedades de la materia, que es el material para la construcción de agujeros de gusano, se pueden realizar debido a la polarización del vacío de los campos cuánticos. Los físicos rusos Sergei Sushkov y Arkady Popov, junto con el investigador español David Hochberg y Sergei Krasnikov, llegaron recientemente a esta conclusión. El vacío en este caso no esvacío. Este es un estado cuántico caracterizado por la energía más baja, es decir, un campo en el que no hay partículas reales. En este campo aparecen constantemente pares de partículas “virtuales”, que desaparecen antes de que sean detectadas por los dispositivos, pero dejan su huella en forma de tensor de energía, es decir, un impulso caracterizado por propiedades inusuales. A pesar de que las propiedades cuánticas de la materia se manifiestan principalmente en el microcosmos, los agujeros de gusano generados por ellos, bajo ciertas condiciones, pueden alcanzar tamaños significativos. Uno de los artículos de Krasnikov, por cierto, se titula "La amenaza de los agujeros de gusano".
Una cuestión de filosofía
Si alguna vez se construyen o descubren agujeros de gusano, el campo de la filosofía relacionado con la interpretación de la ciencia enfrentará nuevos desafíos, y debo decir, muy difíciles. A pesar de todo lo aparentemente absurdo de los bucles de tiempo y los difíciles problemas de la causalidad, esta área de la ciencia probablemente lo resolverá algún día. Así como se ocuparon de los problemas de la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad creada por Einstein. Espacio, espacio y tiempo: todas estas preguntas han interesado a personas de todas las edades y, aparentemente, siempre nos interesarán a nosotros. Es casi imposible conocerlos por completo. Es poco probable que la exploración espacial se complete alguna vez.
