היקום הכוכבי רצוף תעלומות רבות. על פי תורת היחסות הכללית (GR), שנוצרה על ידי איינשטיין, אנו חיים במרחב-זמן ארבעה ממדי. הוא מעוקל, וכוח המשיכה, המוכר לכולנו, הוא ביטוי של תכונה זו. החומר מתכופף, "מכופף" את החלל סביב עצמו, וככל שהוא צפוף יותר. מרחב, מרחב וזמן כולם נושאים מאוד מעניינים. לאחר קריאת המאמר הזה, בוודאי תלמדו עליהם משהו חדש.
רעיון העקמומיות
תאוריות רבות אחרות של כוח הכבידה, שישנן מאות מהן כיום, שונות מתורת היחסות הכללית בפרטים. עם זאת, כל ההשערות האסטרונומיות הללו שומרות על העיקר - רעיון העקמומיות. אם החלל מעוקל, אז אנחנו יכולים להניח שהוא יכול לקבל, למשל, צורה של צינור המחבר בין אזורים המופרדים על ידי שנות אור רבות. ואולי אפילו תקופות רחוקות אחת מהשנייה. אחרי הכל, אנחנו לא מדברים על המרחב המוכר לנו, אלא על המרחב-זמן כשאנחנו רואים את הקוסמוס. חור בומופיעים רק בתנאים מסוימים. אנו מזמינים אותך להסתכל מקרוב על תופעה מעניינת כמו חורי תולעת.
רעיונות ראשונים על חורי תולעת
החלל העמוק והמסתורין שלו קורצים. מחשבות על עקמומיות הופיעו מיד לאחר פרסום GR. ל' פלאם, פיזיקאי אוסטרי, כבר ב-1916 אמר שגיאומטריה מרחבית יכולה להתקיים בצורה של מעין חור המחבר בין שני עולמות. המתמטיקאי נ' רוזן וא' איינשטיין ב-1935 שמו לב שלפתרונות הפשוטים ביותר של משוואות במסגרת תורת היחסות הכללית, המתארים מקורות מבודדים טעונים חשמלית או ניטרליים היוצרים שדות כבידה, הם בעלי מבנה "גשר" מרחבי. כלומר, הם מחברים שני יקומים, שני זמני מרחב כמעט שטוחים וזהים.
מאוחר יותר המבנים המרחביים הללו נודעו כ"חורי תולעת", שזה תרגום די רופף של המילה האנגלית Wormhole. תרגום קרוב יותר שלו הוא "חור תולעת" (בחלל). רוזן ואיינשטיין אפילו לא שללו את האפשרות להשתמש ב"גשרים" הללו כדי לתאר בעזרתם חלקיקים יסודיים. ואכן, במקרה זה החלקיק הוא תצורה מרחבית גרידא. לכן, אין צורך במודל ספציפי של מקור המטען או המסה. וצופה חיצוני מרוחק, אם לחור התולעת יש ממדים מיקרוסקופיים, רואה רק מקור נקודתי עם מטען ומסה באחד מהחללים האלה.
איינשטיין-רוזן "גשרים"
קווי כוח חשמליים נכנסים למחילה מצד אחד, ומהצד השני הם יוצאים בלי להסתיים או להתחיל בשום מקום. ג'יי ווילר, פיזיקאי אמריקאי, אמר בהזדמנות זו שמתקבלות "טעינה ללא מטען" ו"מסה ללא מסה". אין בכלל צורך במקרה זה לקחת בחשבון שהגשר משמש לחיבור בין שני יקומים שונים. לא פחות ראויה תהיה ההנחה ששני ה"פיות" של חור תולעת יוצאים לאותו יקום, אך בזמנים שונים ובנקודות שונות בו. מסתבר שמשהו דומה ל"ידית" חלולה, אם היא תפורה לעולם מוכר כמעט שטוח. קווי הכוח נכנסים לפה, שאפשר להבין אותו כמטען שלילי (נניח אלקטרון). לפה שממנו הם יוצאים יש מטען חיובי (פוזיטרון). לגבי ההמונים, הם יהיו זהים משני הצדדים.
תנאים להיווצרות "גשרים" של איינשטיין-רוזן
תמונה זו, על כל האטרקטיביות שלה, לא תפסה מקום בפיזיקה של החלקיקים, מסיבות רבות. לא קל לייחס תכונות קוונטיות ל"גשרים" של איינשטיין-רוזן, שהם הכרחיים בעולם המיקרו. "גשר" כזה אינו נוצר כלל עבור ערכים ידועים של המטענים והמסה של חלקיקים (פרוטונים או אלקטרונים). הפתרון ה"חשמלי" חוזה במקום ייחודיות "חשופה", כלומר נקודה שבה השדה החשמלי ועקמומיות המרחב הופכים לאינסופיים. בנקודות כאלה, הקונספטמרחב-זמן, אפילו במקרה של עקמומיות, מאבד את משמעותו, מכיוון שאי אפשר לפתור משוואות שיש להן מספר אינסופי של איברים.
מתי GR נכשל?
בעצמו, OTO מציין בדיוק מתי הוא מפסיק לעבוד. על הצוואר, במקום הצר ביותר של "הגשר", יש הפרה של חלקות החיבור. וצריך לומר שזה די לא טריוויאלי. מעמדה של צופה רחוק, הזמן עוצר בצוואר זה. מה שרוזן ואיינשטיין חשבו שהוא הגרון מוגדר כעת כאופק אירועים של חור שחור (בין אם טעון או ניטרלי). קרניים או חלקיקים מצדדים שונים של ה"גשר" נופלים על "קטעים" שונים של האופק. ובין החלק השמאלי והימני שלו, יחסית, יש אזור לא סטטי. כדי לעבור את האזור אי אפשר שלא לעבור אותו.
חוסר יכולת לעבור דרך חור שחור
נראה שחללית שמתקרבת לאופק של חור שחור גדול יחסית קופאת לנצח. פחות ופחות, אותות ממנו מגיעים… להיפך, האופק לפי שעון הספינה מגיעים בזמן סופי. כאשר ספינה (אלומת אור או חלקיק) חולפת על פניה, היא תתקל במהרה בייחוד. זה המקום שבו העקמומיות הופכת אינסופית. בסינגולריות (עדיין בדרך אליה), הגוף המורחב ייקרע בהכרח וימחץ. זו המציאות של איך חור שחור עובד.
מחקר נוסף
בשנים 1916-17. התקבלו פתרונות רייזנר-נורדסטרום ושורצשילד. בהםמתאר באופן כדורי חורים שחורים טעונים חשמלית סימטריים וניטרליים. עם זאת, פיזיקאים הצליחו להבין היטב את הגיאומטריה המורכבת של מרחבים אלה רק בתחילת שנות ה-50 וה-60. זה היה אז ש-D. A. Wheeler, הידוע בעבודתו בתורת הכבידה והפיזיקה הגרעינית, הציע את המונחים "חור תולעת" ו"חור שחור". התברר שבמרחבים של רייזנר-נורדסטרום ושורצשילד באמת יש חורי תולעת בחלל. הם בלתי נראים לחלוטין למתבונן מרוחק, כמו חורים שחורים. וכמוהם, חורי תולעת בחלל הם נצחיים. אבל אם הנוסע חודר מעבר לאופק, הם קורסים כל כך מהר, שלא קרן אור ולא חלקיק מסיבי, שלא לדבר על ספינה, לא יכולים לעוף דרכם. כדי לעוף לפה אחר, לעקוף את הייחודיות, אתה צריך לנוע מהר יותר מהאור. נכון לעכשיו, פיזיקאים מאמינים שמהירויות סופרנובה של אנרגיה וחומר בלתי אפשריות ביסודו.
חורים שחורים של שוורצשילד ורייזנר-נורדסטרום
החור השחור של שוורצשילד יכול להיחשב כחור תולעת בלתי חדיר. לגבי החור השחור רייזנר-נורדסטרום, הוא קצת יותר מסובך, אבל גם בלתי עביר. ובכל זאת, זה לא כל כך קשה להמציא ולתאר חורי תולעת ארבעה מימדים בחלל שאפשר לחצות אותם. אתה רק צריך לבחור את סוג המדד שאתה צריך. הטנזור המטרי, או המטרי, הוא קבוצה של ערכים שניתן להשתמש בהם כדי לחשב את המרווחים הארבע-מימדיים הקיימים בין נקודות האירוע. מערכת ערכים זו מאפיינת באופן מלא הן את שדה הכבידה והןגיאומטריית מרחב-זמן. חורי תולעת הניתנים למעבר גיאומטרי בחלל הם אפילו פשוטים יותר מחורים שחורים. אין להם אופקים שמובילים לאסון עם חלוף הזמן. בנקודות שונות, הזמן יכול לעבור בקצב שונה, אבל הוא לא אמור לעצור או להאיץ בלי סוף.
שתי שורות של מחקר חורי תולעת
הטבע הציב מחסום בפני הופעת חורי תולעת. אולם אדם מסודר כך שאם יש מכשול, תמיד יהיה מי שירצה להתגבר עליו. ומדענים אינם יוצאי דופן. ניתן לחלק על תנאי את עבודותיהם של תיאורטיקנים העוסקים בחקר חורי תולעת לשני תחומים המשלימים זה את זה. הראשון עוסק בשיקול ההשלכות שלהם, בהנחה מראש שאכן קיימים חורי תולעת. נציגי הכיוון השני מנסים להבין ממה ואיך הם יכולים להופיע, אילו תנאים נחוצים להתרחשותם. יש יותר עבודות בכיוון הזה מאשר בראשון ואולי הן מעניינות יותר. אזור זה כולל חיפוש אחר דגמים של חורי תולעת, כמו גם חקר המאפיינים שלהם.
הישגים של פיזיקאים רוסים
כפי שהתברר, ניתן לממש את תכונות החומר, שהוא החומר לבניית חורי תולעת, עקב הקיטוב של הוואקום של שדות קוונטיים. הפיזיקאים הרוסים סרגיי סושקוב וארקדי פופוב, יחד עם החוקר הספרדי דיוויד הוכברג, וסרגיי קרסניקוב, הגיעו לאחרונה למסקנה הזו. הוואקום במקרה זה לארֵיקָנוּת. זהו מצב קוונטי המאופיין באנרגיה הנמוכה ביותר, כלומר, שדה שאין בו חלקיקים ממשיים. בתחום זה מופיעים כל הזמן זוגות של חלקיקים "וירטואליים", נעלמים לפני שהם מזוהים על ידי מכשירים, אך משאירים את חותמם בצורה של טנזור אנרגיה, כלומר דחף המאופיין בתכונות חריגות. למרות העובדה שהתכונות הקוונטיות של החומר באות לידי ביטוי בעיקר במיקרוקוסמוס, חורי התולעת הנוצרים על ידם, בתנאים מסוימים, יכולים להגיע לגדלים משמעותיים. אחד ממאמריו של קרסניקוב, אגב, נקרא "איום חורי התולעת".
שאלה של פילוסופיה
אם אי פעם ייבנו או יתגלו חורי תולעת, תחום הפילוסופיה העוסק בפרשנות של מדע יעמוד בפני אתגרים חדשים, ואני חייב לומר, קשים מאוד. למרות כל האבסורד לכאורה של לולאות זמן והבעיות הקשות של סיבתיות, תחום המדע הזה כנראה יבין את זה מתישהו. בדיוק כפי שהם עסקו בבעיות מכניקת הקוונטים ובתורת היחסות שיצר איינשטיין. מרחב, מרחב וזמן - כל השאלות הללו עניינו אנשים בכל הגילאים, וכנראה, תמיד יעניינו אותנו. כמעט בלתי אפשרי להכיר אותם לגמרי. סביר להניח שחקר החלל לא יושלם אי פעם.
