เอกภพเต็มไปด้วยความลึกลับมากมาย ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) ที่สร้างขึ้นโดย Einstein เราอาศัยอยู่ในกาลอวกาศสี่มิติ มันโค้ง และแรงโน้มถ่วง ซึ่งเราทุกคนคุ้นเคย เป็นการสำแดงของคุณสมบัตินี้ สสารโค้งงอ "โค้ง" พื้นที่รอบ ๆ ตัวมันเอง และยิ่งหนาแน่นมากขึ้นเท่านั้น อวกาศ อวกาศ และเวลาล้วนเป็นหัวข้อที่น่าสนใจมาก หลังจากอ่านบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้สิ่งใหม่ๆ เกี่ยวกับพวกเขาอย่างแน่นอน
ความคิดความโค้ง
ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงอื่นๆ มากมาย ซึ่งในปัจจุบันมีนับร้อย แตกต่างจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในรายละเอียด อย่างไรก็ตาม สมมติฐานทางดาราศาสตร์เหล่านี้ยังคงเป็นประเด็นหลัก นั่นคือ แนวคิดเรื่องความโค้ง หากพื้นที่เป็นเส้นโค้ง เราก็สามารถสันนิษฐานได้ว่าอาจใช้รูปร่างของพื้นที่เชื่อมต่อท่อที่คั่นด้วยปีแสงหลายปีแสง และบางทีอาจถึงยุคสมัยที่ห่างไกลจากกัน ท้ายที่สุดเราไม่ได้พูดถึงพื้นที่ที่เราคุ้นเคย แต่เกี่ยวกับกาลอวกาศเมื่อเราพิจารณาจักรวาล หลุมในนั้นปรากฏภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น เราขอเชิญคุณมาดูปรากฏการณ์ที่น่าสนใจอย่างเช่น รูหนอนอย่างใกล้ชิด
ความคิดแรกเกี่ยวกับรูหนอน
ห้วงอวกาศและความลึกลับของมันเรียกหา ความคิดเกี่ยวกับความโค้งปรากฏขึ้นทันทีหลังจากเผยแพร่ GR L. Flamm นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียในปี 1916 กล่าวว่าเรขาคณิตเชิงพื้นที่สามารถดำรงอยู่ได้ในรูปของรูชนิดหนึ่งที่เชื่อมโลกทั้งสองเข้าด้วยกัน นักคณิตศาสตร์ N. Rosen และ A. Einstein ในปี 1935 สังเกตว่าการแก้สมการที่ง่ายที่สุดในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยอธิบายแหล่งกำเนิดที่มีประจุไฟฟ้าหรือเป็นกลางที่สร้างสนามโน้มถ่วง มีโครงสร้าง "สะพาน" เชิงพื้นที่ นั่นคือพวกเขาเชื่อมต่อสองจักรวาลสองจักรวาลเกือบแบนและเท่ากัน
ต่อมาโครงสร้างเชิงพื้นที่เหล่านี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อ "รูหนอน" ซึ่งเป็นคำแปลที่ค่อนข้างหลวมของคำภาษาอังกฤษว่า "รูหนอน" คำแปลที่ละเอียดยิ่งขึ้นคือ "รูหนอน" (ในอวกาศ) Rosen และ Einstein ไม่ได้แยกแยะความเป็นไปได้ที่จะใช้ "สะพาน" เหล่านี้เพื่ออธิบายอนุภาคมูลฐานด้วยความช่วยเหลือ อันที่จริง ในกรณีนี้ อนุภาคก็คือการก่อตัวเชิงพื้นที่ล้วนๆ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องจำลองแหล่งที่มาของประจุหรือมวลโดยเฉพาะ และผู้สังเกตการณ์ภายนอกที่อยู่ห่างไกล หากรูหนอนมีขนาดจุลทรรศน์ จะเห็นเฉพาะแหล่งกำเนิดที่มีประจุและมวลเท่านั้นเมื่ออยู่ในช่องว่างเหล่านี้
ไอน์สไตน์-โรเซน "สะพาน"
เส้นแรงไฟฟ้าเข้าสู่โพรงจากด้านหนึ่ง และจากอีกด้านหนึ่งจะออกโดยไม่สิ้นสุดหรือเริ่มที่ใดก็ได้ เจ. วีลเลอร์ นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน กล่าวในโอกาสนี้ว่า ได้ "ประจุโดยไม่มีประจุ" และ "มวลที่ไม่มีมวล" ในกรณีนี้ไม่จำเป็นเลยที่จะต้องพิจารณาว่าสะพานทำหน้าที่เชื่อมสองจักรวาลที่แตกต่างกัน สมมติฐานที่เหมาะสมไม่น้อยไปกว่านั้นก็คือ "ปาก" ของรูหนอนทั้งสองออกไปในจักรวาลเดียวกัน แต่ในเวลาที่ต่างกันและในจุดที่แตกต่างกันในนั้น ปรากฎว่ามีบางอย่างคล้ายกับ "ที่จับ" แบบกลวงหากถูกเย็บเข้ากับโลกที่คุ้นเคยเกือบแบน เส้นแรงเข้าสู่ปากซึ่งสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นประจุลบ (สมมุติว่าอิเล็กตรอน) ปากที่พวกเขาออกมีประจุบวก (โพซิตรอน) ส่วนมวลชนก็จะเหมือนกันทั้งสองฝ่าย
เงื่อนไขการก่อตัวของ "สะพาน" ไอน์สไตน์-โรเซน
สำหรับความน่าดึงดูดใจของภาพนี้ ยังไม่ได้รับความสนใจในฟิสิกส์ของอนุภาค ด้วยเหตุผลหลายประการ ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะระบุคุณสมบัติของควอนตัมกับ "สะพาน" ของ Einstein-Rosen ซึ่งขาดไม่ได้ในโลกขนาดเล็ก "สะพาน" ดังกล่าวไม่ได้เกิดขึ้นเลยสำหรับค่าที่ทราบของประจุและมวลของอนุภาค (โปรตอนหรืออิเล็กตรอน) วิธีแก้ปัญหา "ไฟฟ้า" ทำนายภาวะเอกฐาน "เปล่า" แทน นั่นคือจุดที่สนามไฟฟ้าและความโค้งของอวกาศกลายเป็นอนันต์ ณ จุดดังกล่าว แนวคิดกาลอวกาศแม้ในกรณีของความโค้งจะสูญเสียความหมายไปเนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะแก้สมการที่มีเงื่อนไขจำนวนอนันต์
GR ล้มเหลวเมื่อใด
ด้วยตัวของมันเอง OTO จะระบุอย่างชัดเจนว่าจะหยุดทำงานเมื่อใด ที่คอในตำแหน่งที่แคบที่สุดของ "สะพาน" มีการละเมิดความราบรื่นของการเชื่อมต่อ และต้องบอกว่าค่อนข้างไร้สาระ จากตำแหน่งผู้สังเกตระยะไกล เวลาจะหยุดที่คอนี้ สิ่งที่ Rosen และ Einstein คิดคือคอหอยถูกกำหนดให้เป็นขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ (ไม่ว่าจะมีประจุหรือเป็นกลาง) รังสีหรืออนุภาคจากด้านต่างๆ ของ "สะพาน" ตกลงบน "ส่วน" ต่างๆ ของขอบฟ้า และระหว่างส่วนด้านซ้ายและด้านขวา ค่อนข้างพูด มีบริเวณที่ไม่คงที่ เพื่อที่จะผ่านพื้นที่นั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะไม่ผ่าน
ไม่สามารถผ่านหลุมดำได้
ยานอวกาศที่กำลังเข้าใกล้ขอบฟ้าของหลุมดำขนาดค่อนข้างใหญ่ดูเหมือนว่าจะหยุดนิ่งตลอดไป บ่อยครั้งที่สัญญาณจากมันมาถึง … ตรงกันข้ามขอบฟ้าตามนาฬิกาของเรือจะมาถึงในเวลาที่กำหนด เมื่อเรือลำหนึ่ง (ลำแสงหรืออนุภาค) แล่นผ่าน ในไม่ช้ามันก็จะวิ่งเข้าสู่ภาวะเอกฐาน นี่คือจุดที่ความโค้งกลายเป็นอนันต์ ในภาวะเอกฐาน (ยังคงอยู่ระหว่างทาง) ร่างกายที่ยื่นออกไปจะถูกฉีกและบดขยี้อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นี่คือความเป็นจริงของการทำงานของหลุมดำ
การวิจัยเพิ่มเติม
ใน พ.ศ. 2459-2560 ได้รับโซลูชัน Reisner-Nordström และ Schwarzschild ในนั้นทรงกลมอธิบายหลุมดำที่มีประจุไฟฟ้าและเป็นกลางอย่างสมมาตร อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์สามารถเข้าใจเรขาคณิตที่ซับซ้อนของช่องว่างเหล่านี้ได้อย่างเต็มที่ในช่วงเปลี่ยนทศวรรษ 1950 และ 60 เท่านั้น ตอนนั้นเองที่ ดี.เอ. วีลเลอร์ ซึ่งเป็นที่รู้จักจากผลงานของเขาในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงและฟิสิกส์นิวเคลียร์ ได้เสนอคำว่า "รูหนอน" และ "หลุมดำ" ปรากฎว่าในอวกาศของ Reisner-Nordström และ Schwarzschild มีรูหนอนอยู่ในอวกาศจริงๆ พวกเขาจะมองไม่เห็นอย่างสมบูรณ์แก่ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกลเช่นหลุมดำ และเช่นเดียวกับพวกเขา รูหนอนในอวกาศนั้นเป็นนิรันดร์ แต่ถ้าผู้เดินทางทะลุผ่านเส้นขอบฟ้า พวกเขาจะยุบอย่างรวดเร็วจนทั้งรังสีของแสงหรืออนุภาคขนาดใหญ่นับประสาเรือไม่สามารถบินผ่านพวกเขาได้ หากต้องการบินไปยังอีกปากหนึ่ง ให้ข้ามภาวะเอกฐาน คุณต้องเคลื่อนที่ให้เร็วกว่าแสง ปัจจุบัน นักฟิสิกส์เชื่อว่าความเร็วของพลังงานและสสารของซุปเปอร์โนวานั้นเป็นไปไม่ได้โดยพื้นฐาน
หลุมดำของชวาร์ซชิลด์และไรส์เนอร์-นอร์ดสตรอม
หลุมดำชวาร์ซชิลด์ถือได้ว่าเป็นรูหนอนที่ผ่านเข้าไปไม่ได้ สำหรับหลุมดำ Reisner-Nordström นั้นค่อนข้างซับซ้อนกว่า แต่ก็ผ่านไม่ได้เช่นกัน ไม่ใช่เรื่องยากเลยที่จะอธิบายและอธิบายรูหนอนสี่มิติในอวกาศที่สามารถข้ามผ่านได้ คุณเพียงแค่ต้องเลือกประเภทของเมตริกที่คุณต้องการ เมตริกซ์เทนเซอร์หรือเมตริกคือชุดของค่าที่สามารถใช้ในการคำนวณช่วงเวลาสี่มิติที่มีอยู่ระหว่างจุดเหตุการณ์ ค่าชุดนี้อธิบายลักษณะทั้งสนามโน้มถ่วงและเรขาคณิตของกาลอวกาศ รูหนอนที่สำรวจได้ทางเรขาคณิตในอวกาศนั้นง่ายกว่าหลุมดำด้วยซ้ำ พวกเขาไม่มีขอบฟ้าที่นำไปสู่หายนะตามกาลเวลา ที่จุดต่างๆ เวลาสามารถก้าวไปคนละก้าว แต่ไม่ควรหยุดหรือเร่งความเร็วอย่างไม่รู้จบ
วิจัยรูหนอนสองบรรทัด
ธรรมชาติเป็นอุปสรรคต่อการปรากฏตัวของหนอน อย่างไรก็ตาม บุคคลถูกจัดวางในลักษณะที่ว่าหากมีอุปสรรค ก็ย่อมมีผู้ที่ต้องการเอาชนะมันเสมอ และนักวิทยาศาสตร์ก็ไม่มีข้อยกเว้น ผลงานของนักทฤษฎีที่มีส่วนร่วมในการศึกษารูหนอนสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วนตามเงื่อนไขที่เสริมซึ่งกันและกัน ประการแรกเกี่ยวข้องกับการพิจารณาผลที่ตามมา สมมติว่ามีรูหนอนอยู่ล่วงหน้า ตัวแทนของทิศทางที่สองพยายามทำความเข้าใจจากสิ่งที่พวกเขาสามารถปรากฏได้และอย่างไรเงื่อนไขใดที่จำเป็นสำหรับการเกิดขึ้น มีงานในทิศทางนี้มากกว่างานแรกและบางทีก็น่าสนใจกว่า พื้นที่นี้รวมถึงการค้นหาแบบจำลองของรูหนอนและการศึกษาคุณสมบัติของพวกมัน
ความสำเร็จของนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย
ปรากฎว่าคุณสมบัติของสสารซึ่งเป็นวัสดุสำหรับสร้างรูหนอนสามารถรับรู้ได้เนื่องจากการโพลาไรซ์ของสุญญากาศของสนามควอนตัม นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Sergei Sushkov และ Arkady Popov ร่วมกับ David Hochberg นักวิจัยชาวสเปน และ Sergei Krasnikov เพิ่งมาถึงข้อสรุปนี้ สูญญากาศในกรณีนี้ไม่ใช่ความว่างเปล่า นี่คือสถานะควอนตัมที่มีพลังงานต่ำที่สุด นั่นคือสนามที่ไม่มีอนุภาคจริง ในสาขานี้ คู่ของอนุภาค "เสมือน" ปรากฏขึ้นอย่างต่อเนื่อง หายไปก่อนที่จะถูกตรวจพบโดยอุปกรณ์ แต่ปล่อยให้เครื่องหมายอยู่ในรูปของเทนเซอร์พลังงาน นั่นคือ แรงกระตุ้นที่มีลักษณะเฉพาะโดยคุณสมบัติที่ผิดปกติ แม้ว่าคุณสมบัติควอนตัมของสสารจะแสดงให้เห็นเป็นส่วนใหญ่ในพิภพเล็ก แต่รูหนอนที่สร้างขึ้นโดยพวกมันภายใต้เงื่อนไขบางประการสามารถไปถึงขนาดที่มีนัยสำคัญได้ บทความหนึ่งของ Krasnikov มีชื่อว่า "The Threat of Wormholes"
คำถามเกี่ยวกับปรัชญา
หากมีการสร้างหรือค้นพบรูหนอน สาขาวิชาปรัชญาที่เกี่ยวข้องกับการตีความวิทยาศาสตร์จะเผชิญกับความท้าทายใหม่ๆ และต้องขอบอกว่าเป็นเรื่องที่ยากมาก สำหรับความไร้สาระที่ดูเหมือนไร้สาระของช่วงเวลาและปัญหาที่ยากของเวรกรรม วิทยาศาสตร์สาขานี้อาจจะเข้าใจมันในสักวันหนึ่ง เช่นเดียวกับที่พวกเขาจัดการกับปัญหาของกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพที่สร้างขึ้นโดยไอน์สไตน์ อวกาศ อวกาศ และเวลา - คำถามเหล่านี้มีคนสนใจในทุกช่วงอายุ และเห็นได้ชัดว่าเราสนใจเสมอ แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะรู้จักพวกเขาอย่างสมบูรณ์ การสำรวจอวกาศไม่น่าจะเสร็จสมบูรณ์