Kirmgrauža (kirvio skylė) — Einšteino–Roseno tilto apibrėžimas

Kirmgrauža (Einšteino–Roseno tiltas) — teorinė erdvėlaikio perėja: sužinokite apie egzotinę materiją, keliones laiku ir kirmgraužų vaidmenį moksle bei fantastikoje.

Kirvio skylė - tai teorinė perėja erdvėje, sukurianti trumpą kelią laike ir erdvėje. Nėra žinoma, ar jos egzistuoja.

Mokslininkai mano, kad jei kirmgraužos egzistuoja, jų neįmanoma sukurti jokiais tradiciniais moksliniais metodais. Kad kirmgraužos atsivertų, reikėtų teorinės egzotinės materijos. Priešingu atveju, sukūrus kirmgraužą, ji paprasčiausiai labai greitai išnyktų. Jei kirmgraužą nubrėžtume dvimatėje plokštumoje, ji sulenktų plokštumą, tarsi sulankstydama popierių, taip, kad abu galai liestųsi (kaip matyti paveikslėlyje). Terminą "kirmgrauža" pirmą kartą pavartojo fizikas teoretikas Johnas Wheeleris. Ji taip pat vadinama Einšteino-Roseno tiltu. Kirvio skylė labai panaši į tunelį, kurio du galai yra atskiruose erdvėlaikio taškuose. Mokslininkai neturi jokių stebėjimų įrodymų apie kirmgraužas.

Kirminai yra dažnas mokslinės fantastikos elementas, nes jie leidžia greitai keliauti tarp žvaigždžių, galaktikų, o kartais net tarp visatų. Grožinėje literatūroje kirmgraužos taip pat naudojamos kaip keliavimo laiku būdas. Ši populiari fantastika leidžia keliauti tarpžvaigždinėmis erdvėmis per žmogaus gyvenimą. Tai leistų keliauti laiku - taip pat populiari fikcija. Siūloma kelionių laiku mašina, naudojanti įveikiamą kirmgraužą, hipotetiškai veiktų taip: Vienas kirmgraužos galas pagreitinamas iki didelės šviesos greičio dalies, galbūt naudojant kokią nors pažangią varomąją sistemą, ir tada sugrąžinamas į pradinį tašką. Kitas būdas - paimti vieną kirmgraužos įėjimą ir perkelti jį į objekto, kurio gravitacija didesnė nei kito įėjimo, gravitacinį lauką, o tada grąžinti jį į vietą netoli kito įėjimo. Abiem šiais būdais dėl laiko dilatacijos perkeltasis kirmgraužos galas pasensta mažiau arba tampa "jaunesnis" už nejudantį galą, kurį mato išorinis stebėtojas; tačiau laikas kirmgraužoje jungiasi kitaip nei už jos ribų, todėl sinchronizuoti laikrodžiai abiejuose kirmgraužos galuose visada išliks sinchronizuoti stebėtojo, einančio pro kirmgraužą, akimis, kad ir kaip abu galai judėtų.

Kas tai yra ir kaip skiriasi tipai

Kirmgrauža — tai sprendinys lygtims, apibūdinančioms erdvėlaikį, leidžiantis sujungti du atskirus taškus trumpu „tuneliu“. Pagrindiniai tipai:

• Einšteino–Roseno tiltas: originalus 1935 m. sprendinys, susijęs su juodosiomis skylėmis; šis tiltas yra nestabilus ir netraversuojamas (negali praleisti keliautojo iš vienos pusės į kitą).
• Traversuojama (įveikiama) kirmgrauža: hipotetinis tunelis, pro kurį galėtų praeiti materija. Tokias konstrukcijas nagrinėjo Morris ir Thorne (1988).
• Mikroskopinės kirmgraužos: kvantinės gravitacijos skalėje (vadinamasis kvantinis puta arba Plancko dydžio fluktuacijos), kurios gali egzistuoti tik labai mažose skalėse.

Kaip jos galėtų veikti — pagrindinės idėjos

Norint padaryti kirmgraužą traversuojamą ir stabilų, daugeliui teorijų reikalinga vadinama „egzotinė materija“ ar energija, kuri pažeidžia įprastas energijos sąlygas (pvz., null energy condition). Tokia medžiaga turėtų turėti neįprastą gravitacinį poveikį — ji „laikytų atvirą“ tunelį priešingai nei įprasta materija, kuri jį užverktų.

Keletas svarbių mechanizmų, kaip būtų galima gauti laiko skirtumą tarp kirmgraužos galų:

• Vieno galo pagreitinimas iki labai didelių greičių ir vėlesnis sugrąžinimas — dėl specialios reliatyvumo laiko dilatacijos tas galas „pasens“ mažiau.
• Vieno galo laikymas stipresniame gravitaciniame lauke — taip pat sukelia laiko skirtumą tarp galų.

Problemos ir teoriniai apribojimai

Yra keletas rimtų kliūčių, dėl kurių kirmgraužos lieka labai spekuliatyvi idėja:

• Egzotinės materijos trūkumas: neaišku, ar galima egzistuoja pakankamai stabili exotinė medžiaga makroskopiniam tuneliui palaikyti.
• Stabilumas: modeliuose mažos perturbacijos arba kvantinės fluktuacijos dažnai greitai uždaro kirmgraužą arba sukelia singularumą.
• Kvantiniai ir gravitaciniai efektai: kvantinės lauko teorijos efekty gali stipriai paveikti kirmgraužos elgesį; pilnas sprendimas reikalautų kvantinės gravitacijos, kurios kol kas neturime.
• Kronologijos apsauga: Stephenas Hawkingas pasiūlė vadinamąją chronologijos apsaugos spėlionę — fizikos dėsniai gali neleisti susidaryti uždaroms laiko trajektorijoms (closed timelike curves), t. y. realiai užkirsti kelią paradoksams susijusiems su kelionėmis laiku.

Koincidencija su laiko kelionėmis ir paradoksai

Jeigu vienam kirmgraužos galui būtų sukuriamas laiko vėlavimas lyginant su kitu, teoriškai būtų galima sukonstruoti uždarą laiko trajektoriją (closed timelike curve). Tai atveria klasikinius kelionių laiku paradoksus (pvz., „senelio paradoksą“). Dėl to dauguma fizikų įspėja — arba galimybė keliauti laiku yra uždrausta kažkokiu fizikos mechanizmu, arba tokie scenarijai reikalautų sąlygų, kurios praktiškai neįgyvendinamos.

Stebėjimo požymiai ir eksperimentai

Nėra tiesioginių stebėjimų, įrodančių makroskopinių kirmgraužų egzistavimą. Tačiau teoriniai tyrimai siūlo keletą galimų požymių, kuriuos būtų galima ieškoti:

• netipinis gravitacinis lęšiavimas arba antraeilis vaizdas, kurio nepaaiškina įprasti masyvūs objektai;
• staigūs energijos spinduliai arba sprogimai, susiję su kirmgraužos susikūrimu/žlugimu;
• neįprasti gravitaciniai bangų signalai, atitinkantys tunelio susidarymą ar kolapsą.

Praktiniai bandymai sukurti ar aptikti kirmgraužas šiandien yra neįmanomi dėl technologinių ir energetinių reikalavimų.

Kirmgraužos mokslo fantastikoje

Kirmgraužos tapo populiariu literatūros ir kino elementu, nes jos leidžia kurti istorijas apie greitą tarpžvaigždinį arba tarpvisatinių kelionių būdą. Tokiuose kūriniuose kirmgraužos dažnai vaizduojamos supaprastintai — kaip stabilūs tuneliai, kuriais patogu keliauti. Realioje fizikoje tokie patogumai susiduria su sunkumais, kurių dauguma autorių taip ir neįtraukia arba interpretuoja laisvai.

Santrauka

Kirmgraužos (Einšteino–Roseno tiltai) yra įdomūs ir matematiškai galimi erdvėlaikio sprendiniai, tačiau jų praktinė egzistencija ir ypač traversuojamų kirmgraužų kūrimas lieka grynai teorinė sritis. Pagrindiniai iššūkiai — egzotinės materijos poreikis, stabilumo problemos bei kvantinės ir gravitacinės fizikos nežinomybės. Kol šie klausimai neišspręsti, kirmgraužos daugiau lieka intriguojančia idėja mokslui ir įkvepiančiu elementu mokslinei fantastikai.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra kirmgrauža?

K: Kaip būtų sukurta kirmgrauža?

Klausimas: Kaip ji atrodo dvimatėje plokštumoje?

K: Kas pirmasis pavartojo terminą "kirmgrauža"?

K: Kokių mokslininkai turi jų egzistavimo įrodymų?

K: Kodėl jos dažnai vaizduojamos mokslinės fantastikos istorijose?

K: Kaip jas galima panaudoti kelionėms laiku?

Paieška pagal raidę