Mustasta aukosta ja madonreikistä on jo pitkään tullut tuttu ominaisuus monille tieteiskirjallisuudelle ja TV-sarjoille, joissa avaruusmatkustajat käyttävät niitä matkustaakseen heti maailmankaikkeuden yli. Mitkä ovat mustia aukkoja ja madonreikiä, kuinka uskottava on matka ajassa ja tilassa? Mitä uskomatonta totuutta näytetään scifi-elokuvissa? Venäläiset fyysikot kertoivat tämän projektin 5-100 yliopistoista.
Mikä on musta aukko?
Fyysikot kutsuvat mustaa reikää tila-ajan alueeksi, jolla on niin voimakas painovoima, että riippumatta siitä, energia tai informaatio (mukaan lukien valo) voi poistua alueelta saatuaan siihen. Mustaa reikää rajoittaa avaruudessa tapahtumahorisontti: mustan aukon raja, jonka ulkopuolelle esine tai säteily ei pääse. Siksi mustan aukon ulkopuolella olevat tarkkailijat eivät voi saada mitään tietoa sen sisällä tapahtuvasta.
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan mustien reikien geometriaa kuvataan Einsteinin yhtälöillä yhdistämällä kaarevan avaruus-ajan metriikka sitä täyttävän aineen ominaisuuksiin, ja painovoima on osoitus avaruus-ajan kaarevuudesta, sanoi Venäjän kansojen ystävyysyliopiston opetus- ja tiedeinstituutin painovoiman ja kosmologian instituutin (RUDN University) Kirill Bronnikov.
”Tutkijat ovat teoriassa kuvailleet monia mustien reikien muotoja. Ne eroavat pyörimisen, sähkövarauksen ja muiden mahdollisten parametrien olemassaolosta tai puuttumisesta. Uskotaan, että mustia reikiä voi syntyä melko massiivisten tähtien romahtamisesta niiden evoluution viimeisessä vaiheessa tai superdensen aineen heilahteluista varhaisessa maailmankaikkeudessa”, hän sanoi.
Hänen mukaansa mustaa reikää on mahdotonta nähdä, koska ulkoinen tarkkailija ei voi vastaanottaa mitään tietoa suoraan tapahtumahorisontista. Siksi musta aukko voi ilmetä vain epäsuorasti - lähellä kulkevien valonsäteiden kaarevuudella, siihen kuuluvan ympäröivän aineen aiheuttamalla sähkömagneettisella säteilyllä jne.
Tutkijat eivät vieläkään ymmärrä, mitä tapahtumahorisontin alla piilotettujen mustien reikien sisäalueet ovat. Useimpien yleisten suhteellisuuksien suhteen mustien reikien mallien mukaan niillä on oltava "yksilöllisyydet" - pisteet, viivat tai pinnat, joilla on äärettömän suuret avaruus-ajan kaarevuuden arvot sekä aineen tiheys ja paine. Monet tutkijat uskovat kuitenkin, että todellisuudessa näin ei voi olla.
Mainosvideo:
"Täällä on edessään avaruusaikaa käsittelevien klassisten ideoidemme sovellettavuusraja ja siirrymme tuntemattomaan kvanttigravitaatioalueeseen, jota ei ole vielä rakennettu", totesi Kirill Bronnikov.
Hän puhui toisen tyyppisen mustan aukon olemassaolon mahdollisuudesta - ns. "Musta maailmankaikkeus". Ulkopuolelta se voi näyttää miltä tahansa mustalta aukolta. Siihen tunkeutunut tarkkailija, joka ylittää tapahtumahorisontin, ei kuitenkaan putoa singulaarisuuteen, vaan uuteen laajenevaan maailmankaikkeuteen.
Etsitkö mustia aukkoja
Vuoden 2019 alussa Radioastronin maa-avaruusinterferometrin tarkkailuohjelma saatiin päätökseen, ja sen resoluutio oli useita tuhansia kertoja kuin kuuluisan Hubble-avaruusteleskoopin. "Radioastron" on muutama kymmenen tehokkaimmista maanpäällisistä radioteleskoopeista ja avaruus observatoriosta, joka on yhdistetty erityisten algoritmien avulla virtuaaliseen "astiaan", jonka halkaisija on paljon suurempi kuin planeettamme.
Radioastron antoi venäläisille tähtitieteilijöille mahdollisuuden löytää selkeät havainnolliset viitteet siitä, että galaksin keskustassa (OJ287) syövän tähdistössä on supermassiivisten mustien reikien pari, joka pyörii lyhyen etäisyyden päässä toisistaan, kertoi relativististen kohteiden perus- ja soveltavan tutkimuksen laboratorion päällikkö Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutista (MIPT).) Juri Kovalev.
”Havainnot sopivat hyvin OJ287-binaarisen mustan aukon mallin ennusteisiin. Jatkossa aiomme tutkia Millimetron-maa-avaruusinterferometriä käyttämällä lyhyemmillä aallonpituuksilla varjoja ja mustien reikien läheisyyttä meidän ja muissa galakseissamme. Se auttaa myös testaamaan teoreettista ymmärrystä muiden esineiden - "madonreikien" - olemassaolosta ", hän sanoi.
Tunnelit muihin mittoihin
"Matoreiät" (nimen englanninkielinen vastaavuus - madonreiät tai madonreiät) ovat kiehtovimpia kohteita maailmankaikkeudessa, joiden olemassaolosta tutkijat väittävät. Nämä ovat avaruus-ajan kokoonpanoja, jotka ovat eräänlaisia tunneleita Universumin etäisten alueiden tai jopa eri universumien välillä.
”Matoreiät ovat samankaltaisia mustien reikien kanssa, koska ne ovat paikallisia esineitä, joilla on riittävän voimakas painovoima ja tilan kaarevuus. Mutta toisin kuin mustia reikiä, niillä ei ole "ansaa" - tapahtumahorisonttia, joten teoriassa ne sallivat "pääsyn" myös "poistumisen". Toisin sanoen voit käydä läpi ne ja palata takaisin”, kertoi MEPhI: n (NRNU MEPhI) professori Sergei Rubin.
Huolimatta siitä, että madonreiät eivät ole ristiriidassa yleisen suhteellisuussuhteen kanssa ja niiden ennustetaan joidenkin kosmologisten teorioiden perusteella, todelliset ehdokkaat tällaisten esineiden roolille ovat edelleen tuntemattomia. Lisäksi madonreiät merkitsevät erittäin epätyypillistä avaruus-aikageometriaa, jonka ylläpitäminen vaatii ainetta, jolla on eksoottisia ominaisuuksia (esimerkiksi negatiivinen energiatiheys).
"Matoreikien löytäminen luonnossa tai niiden luominen laboratoriossa tarkoittaisi todellista vallankumousta avaruus-ajan fysiikassa", tutkija painotti.
Sergei Rubin ei ole samaa mieltä tähtitieteilijä Heino Falken luottamuksesta, jonka mukaan Event Horizons Telescope -projektissa saadut M87-galaksin keskustan mustan aukon kuvat voivat vahvistaa tunneleiden olemassaolon avaruus-ajan rakenteessa. Lopullisia johtopäätöksiä varten mittaustarkkuus ei ole riittävä.
Samanaikaisesti näiden esineiden teoreettiset ideat auttavat tutkijoita ymmärtämään paremmin avaruus-ajan luonnetta ja painovoimaa.
Kuinka päästä madonreikään?
Kaikki tunnelista muihin ulottuvuuksiin liittyvät tieteiskirjalliset elokuvat eivät ole kaukana nykyisistä tieteellisistä teorioista, sanoo Immanuel Kantin Itävallan liittovaltion yliopiston (IKBFU) professori Artem Yurov.
”Interstellar-elokuvassa tiedot mustista aukoista ja lisätiloista ovat tieteellisten ideoiden mukaisia. Tämä ei ole yllättävää, koska elokuvan tieteellinen neuvonantaja oli Nobel-palkinnon saaneen mustan aukon fyysikko Kip Thorne. Se oli hän, joka hengitti uuden elämän ajatukseen madonreikien olemassaolosta”, hän sanoi.
Artem Yurov toteaa, että vaikka fysiikan lait sallivat madonreiät, ne eivät voi syntyä yksinään. Niitä voisi kuitenkin rakentaa sivilisaatio, joka on teknisesti ja tieteellisesti erittäin kehittynyt.
"Tämän ei pitäisi olla yllättävää, loppujen lopuksi Toyota-auto ei myöskään voi näyttää itsestään, vaikka odottaisit kymmeniä miljardeja vuosia - se on tehtävä", hän sanoi.
Nykyään fyysikot miettivät mahdollisuutta muodostaa madonreikiä, jotka eivät hajoa nopeasti, samoin kuin miten tehdä niistä riittävän suuria, jotta jopa molekyylit mahtuvat eivätkä romahtaisi sinne.
”On hypoteettisesti mahdollista lähettää ihmisen genomi madonreiän kautta. Laskelmien mukaan lisämitat ovat myös suppiloja, mutta ne ovat silti melko pieniä, 10 - miinus 31 astetta senttimetriä”, sanoi Sergei Rubin.
Tiedemiehen mukaan matoreiän kautta on tulevaisuudessa hypoteettisesti mahdollista lähettää ihmiskunta kuolevasta maailmankaikkeudesta toiseen, vasta alkamassa elää. Tätä varten ei ole tarpeen lähettää henkilöä fyysisesti - voit lähettää sinne tietoja, joiden perusteella sivilisaatiomme palautetaan itsenäisesti uudessa maailmankaikkeudessa.