La épica espacial Interstellar (una película de ciencia ficción estrenada en octubre de 2014) cuenta la historia de los astronautas que, en busca de opciones para salvar a la humanidad, descubren el "camino de la vida" representado por un misterioso túnel.
Este pasaje de forma inexplicable aparece cerca de Saturno y en el espacio-tiempo lleva a una persona a una galaxia lejana, brindando así la posibilidad de encontrar planetas habitados por seres vivos. Planetas que pueden convertirse en un segundo hogar para las personas.
La hipótesis de la existencia de un túnel de película, llamado por los científicos "agujero de gusano" o "agujero de gusano", fue precedida por una teoría física real, propuesta por uno de los primeros astrofísicos y ex profesor del Instituto de Tecnología de California Kip Thorne.
norte
Kip Thorne también ayudó al astrónomo, astrofísico, divulgador de la ciencia y uno de los que iniciaron el proyecto de búsqueda de inteligencia extraterrestre, Carl Sagan, a crear un modelo de agujero de gusano para su novela Contact. La credibilidad de las imágenes en la película para los científicos espaciales es tan obvia que los astrofísicos admiten que son quizás las descripciones más precisas de agujeros de gusano y agujeros negros en el cine mundial.
Solo hay un "pequeño" detalle en esta película que atormenta al espectador atento: volar en un expreso espacial como este es, por supuesto, genial, pero ¿podrán los pilotos mantener un roble durante este movimiento interestelar?
Los creadores del éxito de taquilla espacial optaron por no mencionar la pertenencia de la teoría original de los agujeros de gusano a otros teóricos destacados de la astrofísica: fue iniciada por Albert Einstein, junto con su asistente Nathan Rosen. Estos científicos intentaron resolver las ecuaciones de Einstein para la relatividad general de modo que el resultado fuera un modelo matemático de todo el universo, junto con las fuerzas gravitacionales y las partículas elementales que forman la materia. En el proceso de todo esto, se intentó imaginar el espacio como dos planos geométricos conectados entre sí por "puentes".
Paralelamente, pero independientemente de Einstein, otro físico, Ludwig Flamm, llevó a cabo un trabajo similar, quien en 1916, también mientras resolvía las ecuaciones de Einstein, hizo su descubrimiento de tales "puentes".
Video promocional:
Los tres "Mostostroevites" sufrieron una decepción general, ya que la "teoría de todo lo que existe" resultó inviable: tales "puentes" en teoría no funcionaban en absoluto de la misma manera que las partículas elementales reales.
Sin embargo, en 1935, Einstein y Rosen publicaron un trabajo en el que exponen su propia teoría de los túneles en el continuo espacio-tiempo. Obviamente, se suponía que este trabajo, tal como lo concibieron los autores, induciría a otras generaciones de científicos a reflexionar sobre la posibilidad de aplicar tal teoría.
Agujeros de gusano de Wheeler
En un momento, el físico de la Universidad de Princeton John Wheeler introdujo en la circulación de palabras la denominación "agujero de gusano", que en más años se dedicó a estudiar la construcción de modelos de "puentes" según la teoría de Einstein-Rosen. Wheeler notó: este "puente" se asemeja dolorosamente a un movimiento roído por un gusano en una fruta. Imagínese una hormiga arrastrándose de un lado a otro de una pera: puede arrastrarse por toda la superficie curva o, al acortar el camino, cruzar la fruta a través de un túnel de agujero de gusano.
¿Y si imaginamos que nuestro continuo espacio-tiempo tridimensional es la piel de una pera, que como una superficie curva abarca una "masa" con dimensiones mucho mayores? Quizás el "puente" de Einstein-Rosen es el mismo túnel que atraviesa esta "masa", permite a los pilotos de naves espaciales reducir la distancia en el espacio entre dos puntos. Probablemente, en este caso estemos hablando de una solución matemática real de la teoría general de la relatividad.
Según Wheeler, las bocas de los "puentes" de Einstein-Rosen recuerdan mucho al llamado agujero negro de Schwarzschild: materia simple con una forma esférica y una densidad tan alta que su fuerza gravitacional no puede ser superada ni siquiera por la luz. Los astrónomos creen firmemente en la existencia de "agujeros negros". Creen que estas formaciones nacen cuando las estrellas muy masivas "colapsan" o mueren.
¿Qué tan bien fundamentada está la hipótesis de que un "agujero negro" es lo mismo que un "agujero de gusano" o un túnel que permite viajes espaciales de larga distancia? Quizás desde el punto de vista de las matemáticas, esta afirmación sea cierta. Pero solo en teoría: no habrá supervivientes en tal expedición.
El modelo de Schwarzschild representa el medio oscuro del "agujero negro" como un punto singular o una bola estacionaria neutra central con densidad infinita. Los cálculos de Wheeler muestran las consecuencias de lo que sucedió en el caso de la formación de tal "agujero de gusano" cuando dos puntos singulares (los "agujeros negros" de Schwarzschild) en dos partes distantes del Universo convergen en su "masa" y crean un túnel entre ellos.
El investigador descubrió: tal "agujero de gusano" tiene una naturaleza inestable: el túnel primero se forma y luego se colapsa, después de lo cual solo quedan dos puntos singulares ("agujeros negros") nuevamente. El procedimiento para la aparición y el cierre del túnel es tan rápido como un rayo que ni un rayo de luz puede penetrar a través de él, y mucho menos un astronauta que intenta deslizarse a través de él, será tragado por un "agujero negro". No es broma, estamos hablando de muerte instantánea, porque las fuerzas gravitacionales del poder loco harán pedazos a una persona.
"Agujeros negros" y "manchas blancas"
Thorne, simultáneamente con la película, lanzó el libro "Los fundamentos científicos de la película" Interestelar ". En este trabajo confirma:" ¡Cualquier cuerpo, vivo o inanimado, en el momento en que el túnel se derrumbe será aplastado y despedazado!"
Para otra variante alternativa, el "agujero negro giratorio" de Kerr, los investigadores de "manchas blancas" en los viajes interplanetarios han encontrado una solución diferente a la teoría general de la relatividad. La singularidad dentro del "agujero negro" de Kerr tiene una forma diferente, no esférica, sino anular.
Ciertos modelos pueden darle a una persona la oportunidad de sobrevivir en un vuelo interestelar, pero solo si la nave atraviesa este agujero exclusivamente por el centro del anillo. Algo como el baloncesto espacial, solo que el costo de golpear aquí no son puntos extra: está en juego la existencia de una nave estelar junto con su tripulación.
norte
Kip Thorne, autor de The Scientific Basics of Interstellar, duda del estado de esta teoría. Ya en 1987, escribió un artículo sobre volar a través de un agujero de gusano, donde señala un detalle importante: la garganta del túnel de Kerr tiene una sección muy poco confiable, que se llama “el horizonte de Cauchy.
Como muestran los cálculos correspondientes, en cuanto el cuerpo intenta pasar este punto, el túnel se derrumba. Además, y bajo la condición de cierta estabilización del "agujero de gusano", este, como dice la teoría cuántica, se llenará inmediatamente de partículas rápidas de alta energía.
Por lo tanto, cuando te adentres en el "agujero negro" de Kerr, quedará una costra tostada y seca.
¿La razón - "acción espeluznante a distancia"?
El hecho es que los físicos aún no han adaptado las leyes clásicas de la gravedad a la teoría cuántica; esta rama de las matemáticas es demasiado difícil de entender y muchos científicos aún no le han dado una definición exacta.
Al mismo tiempo, el científico de Princeton Juan Malsadena y su colega de Stanford Leonard Susskind sugirieron que los agujeros de gusano no son más que la encarnación material del entrelazamiento en el momento en que los objetos cuánticos se conectan, independientemente de si están distantes entre sí. amigo.
Albert Einstein tenía su propio nombre para tal enredo - "acción espeluznante de largo alcance", el gran físico no pensó estar de acuerdo con el punto de vista generalmente aceptado. A pesar de esto, muchos experimentos han demostrado la existencia de entrelazamiento cuántico. Además, ya se utiliza con fines comerciales: protege la transmisión de datos en línea, como las transacciones bancarias.
Según Malsadena y Susskind, en grandes volúmenes, el entrelazamiento cuántico puede afectar el cambio en la geometría del continuo espacio-tiempo y contribuir a la aparición de "agujeros de gusano" en forma de "agujeros negros" entrelazados. Pero la hipótesis de estos científicos no permite la formación de túneles interestelares transitables.
Según Malsadena, estos túneles, por un lado, no permiten volar más rápido que la velocidad de la luz, y por otro lado, pueden ayudar a que los astronautas aún se encuentren allí, en el interior, con alguien "diferente". Sin embargo, no hay ningún placer en tal reunión, ya que la reunión será seguida por la muerte inevitable por un impacto gravitacional en el centro del "agujero negro".
En una palabra, los "agujeros negros" son un verdadero obstáculo para la exploración espacial humana. En ese caso, ¿qué podría ser un agujero de gusano? Según el científico del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Avi Loeb, la gente tiene muchas opciones a este respecto: dado que no existe una teoría que combine la relatividad general con la mecánica cuántica, no somos conscientes de todo el conjunto de posibles estructuras espacio-temporales donde pueden aparecer agujeros de gusano. ".
Ellos colapsan
Pero aquí tampoco todo es tan sencillo. El mismo Kip Thorne en 1987 estableció una característica para que cualquier "agujero de gusano" correspondiente a la teoría general de la relatividad colapsara si no se intentaba mantenerlo abierto debido a la llamada materia exótica, que tiene energía negativa o antigravedad. Thorne asegura: la existencia de exomateria se puede establecer experimentalmente.
Los experimentos mostrarán que las fluctuaciones cuánticas en el vacío son obviamente capaces de crear una presión negativa entre dos espejos que se colocan muy cerca.
A su vez, según Avi Loeb, si observa la llamada energía oscura, entonces estos estudios darán aún más razones para creer en la existencia de materia exótica.
Un científico del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica dice que “… vemos cómo en el transcurso de la historia cósmica reciente las galaxias se alejan de nosotros a una velocidad que aumenta con el tiempo, como si estuvieran afectadas por la antigravedad; tal expansión acelerada del Universo se puede explicar si el Universo está lleno de una sustancia con presión negativa, exactamente el material que se necesita para la aparición de un agujero de gusano ….
Al mismo tiempo, tanto Loeb como Thorne creen que incluso si un "agujero de gusano" puede aparecer de forma natural, requerirá una gran cantidad de materia exótica. Solo una civilización altamente desarrollada será capaz de acumular tal reserva de energía y la posterior estabilización de tal túnel.
En opinión de esta teoría, tampoco hay "acuerdo entre los camaradas". Por ejemplo, esto es lo que piensa su colega Malsaden sobre los hallazgos de Loeb y Thorne:
"… Creo que la idea de un agujero de gusano pasable estable no es lo suficientemente inteligible y, aparentemente, no corresponde a las leyes conocidas de la física …" Sabina Hossenfelder del Instituto Escandinavo de Física Teórica en Suecia y rompe completamente las conclusiones de Leb-Thorn en pedazos: "… Tenemos no hay absolutamente ninguna evidencia de la existencia de materia exótica. Además, existe la creencia generalizada de que no puede existir, porque si existiera, el vacío sería inestable …"
Incluso en el caso de la existencia de una materia tan exótica, Hossen-felder desarrolla su pensamiento, moverse en su interior sería sumamente desagradable: cada vez las sensaciones estarían en proporción directa al grado de curvatura de la estructura espacio-temporal alrededor del túnel y a la densidad de energía en su interior. Sabine Hossenfelder concluye:
"… Esto es muy similar a los" agujeros negros ": las fuerzas de las mareas son demasiado grandes, y una persona será despedazada …"
Irónicamente, a pesar de sus contribuciones a Interstellar, Thorne realmente no cree que pueda aparecer un túnel tan transitable. Y en la posibilidad de atravesarlo (¡sin ningún daño!) - astronautas - y más aún. Él mismo lo admite en su libro:
"… Si [los túneles] pueden existir, entonces dudo mucho que puedan surgir naturalmente en el Universo astrofísico …"
… ¡Entonces crea en las películas de ciencia ficción!
Oleg Timokhin
