ČERVÍ DÍRA: HISTORIE, TEORIE, TYPY, FORMACE - ARTE - 2025

Červí díra, v astrofyzice a kosmologii, je chodba spojující dva body ve struktuře časoprostoru. Stejně jako padající jablko inspirovalo teorii gravitace Isaaca Newtona v roce 1687, červi, kteří propíchnou jablka, inspirovali nové teorie, také v rámci gravitace.

Stejně jako se červu podaří tunelem dosáhnout jiného bodu na povrchu jablka, červí díry v časoprostoru představují teoretické zkratky, které mu umožňují cestovat do vzdálených částí vesmíru v kratším čase.

Vesmírná červí díra: umělecká vize. Zdroj: Pixabay.

Je to nápad, který zachytil a nadále zachycuje fantazii mnoha. Mezitím jsou kosmologové zaneprázdněni hledáním způsobů, jak prokázat svou existenci. Ale v tuto chvíli jsou stále předmětem spekulací.

Abychom se trochu přiblížili k pochopení červí díry, možnosti času cestovat skrz ně a rozdílů, které existují mezi červí díry a černé díry, musíme se podívat na koncept časoprostoru.

Co je to časoprostor?

Koncept časoprostoru je úzce spjat s konceptem červí díry. Proto je třeba nejprve zjistit, co to je a jaká je jeho hlavní charakteristika.

Prostor je místo, kde dochází ke každé události ve vesmíru. A vesmír je zase souhrnem časoprostoru, schopného pojmout všechny formy hmotové energie a další…

Když se ženich setká s nevěstou, jedná se o událost, ale tato událost má prostorové souřadnice: místo setkání. A časová koordinace: rok, měsíc, den a čas schůzky.

Zrození hvězdy nebo výbuch supernovy jsou také události, které se odehrávají v časoprostoru.

Nyní, v oblasti vesmíru bez hmoty a interakcí, je časoprostor plochý. To znamená, že dva světelné paprsky, které začínají paralelně, takto pokračují, pokud zůstanou v této oblasti. Mimochodem, na paprsek světla je věčný čas.

Časoprostor samozřejmě není vždy plochý. Vesmír obsahuje objekty, které mají hmotu, která modifikuje časoprostor a způsobuje zakřivení časoprostoru v univerzálním měřítku.

Byl to sám Albert Einstein, který si ve chvíli inspirace uvědomil, že nazval „nejšťastnější myšlenkou mého života“, že zrychlený pozorovatel je místně nerozeznatelný od toho, který je blízko masivnímu objektu. Je to známý princip ekvivalence.

A zrychlený pozorovatel ohýbá časoprostor, to znamená, že euklidovská geometrie již není platná. Proto se v prostoru masivního objektu, jako je hvězda, planeta, galaxie, černá díra nebo samotný vesmír, ohýbají časoprostory.

Toto zakřivení vnímají lidské bytosti jako sílu zvanou gravitace, každodenní, ale zároveň záhadnou.

Gravitace je stejně záhadná jako síla, která nás táhne vpřed, když autobus, ve kterém jedeme, prudce brzdí. Je to, jako by se náhle objevilo něco neviditelného, ​​temného a masivního, na okamžik se blíží a přitahuje nás, najednou nás pohání kupředu.

Planety se pohybují elipticky kolem Slunce, protože jeho hmota vytváří depresi na povrchu časoprostoru, která způsobuje, že planety zakřivují své trajektorie. Světelný paprsek také zakrývá svou cestu po časoprostorové depresi vyvolané Sluncem.

Tunely v prostoru - čas

Pokud je časoprostorem zakřivená plocha, nic zásadně nebrání jedné oblasti v propojení s jinou oblastí tunelem. Cestování přes takový tunel by znamenalo nejen změnu místa, ale také možnost jít do jiného času.

Tato myšlenka inspirovala mnoho sci-fi knih, seriálů a filmů, včetně slavné americké série 60. let "The Time Tunnel" a nověji "Deep Space 9" od série Star Trek a filmu Interstellar 2014.

Myšlenka přišla od samotného Einsteina, který při hledání řešení rovnic pole General Relativity našel spolu s Nathanem Rosenem teoretické řešení, které umožnilo propojit dva různé oblasti časoprostoru tunelem, který fungoval jako zkratka.

Toto řešení je známé jako most Einstein - Rosen a objevuje se v práci publikované v roce 1935.

Termín „červí díra“ byl však poprvé použit v roce 1957, a to díky teoretickým fyzikům Johnu Wheelerovi a Charlesi Misnerovi v publikaci toho roku. Dříve se hovořilo o „jednorozměrných trubkách“, které odkazovaly na stejnou myšlenku.

Později v roce 1980 Carl Sagan psal knihu science fiction „Contact“, knihu, která byla později proměněna ve film. Hlavní hrdina jménem Elly objevuje inteligentní mimozemský život vzdálený 25 tisíc světelných let. Carl Sagan chtěl, aby tam Elly cestovala, ale způsobem, který byl vědecky věrohodný.

Cesta 25 tisíc světelných let daleko není pro člověka snadným úkolem, pokud není hledána zkratka. Černá díra nemůže být řešením, protože při přibližování se k singularitě by diferenciální gravitace roztrhla kosmickou loď a její posádku od sebe.

Při hledání dalších možností konzultoval Carl Sagan jednoho z předních odborníků na černé díry té doby: Kip Thorne, který o tom začal přemýšlet a uvědomil si, že mosty Einstein-Rosen nebo červí díry Řešení bylo Wheeler.

Thorne si však také uvědomil, že matematické řešení bylo nestabilní, tj. Tunel se otevírá, ale brzy poté se uškrtí a zmizí.

Nestabilita červí díry

Je možné použít červí díry k cestování na velké vzdálenosti v prostoru a čase?

Od doby, kdy byly vynalezeny, sloužily červí díry v mnoha sci-fi grafech, aby přivedly své protagonisty do odlehlých míst a zažili paradoxy nelineárního času.

Kip Thorne našel dvě možná řešení problému nestability červí díry:

• Prostřednictvím tzv. Kvantové pěny. Na Planckově stupnici (10 - ³⁵ m) jsou kvantové fluktuace schopné spojit dvě oblasti časoprostoru mikrotunely. Hypotetická velmi pokročilá civilizace mohla najít způsob, jak rozšířit pasáže a udržet je dostatečně dlouho, aby mohl člověk projít.
• Negativní hmota. Podle odhadů publikovaných v roce 1990 samotným Thornem by bylo zapotřebí velké množství této cizí hmoty, aby byly konce červí díry otevřené.

Pozoruhodné na tomto posledním řešení je, že na rozdíl od černých děr neexistuje singularita ani kvantové jevy a průchod lidí tímto tunelem by byl proveditelný.

Tímto způsobem by červí díry nejen umožnily spojení vzdálených oblastí v prostoru, ale také se časem oddělily. Proto jsou stroje pro cestování v čase.

Stephen Hawking, velký odkaz v kosmologii na konci 20. století, nevěřil, že by byly proveditelné červí díry nebo stroje času, a to kvůli mnoha paradoxům a rozporům, které z nich vyplývají.

To neztlumilo náladu jiných vědců, kteří navrhli možnost, že dvě černé díry v různých oblastech časoprostoru jsou vnitřně spojeny červí dírou.

Ačkoli by to nebylo praktické pro cestování ve vesmíru, protože kromě soužení, které by přineslo vstup do singularity černé díry, by na opačném konci nebylo možné vystoupit, protože je to další černá díra.

Rozdíly mezi černými dírami a červími dírami

Když mluvíte o červí díře, okamžitě si vzpomenete na černé díry.

Černá díra se přirozeně vytváří po evoluci a smrti hvězdy, která má určitou kritickou hmotnost.

Vzniká poté, co hvězda vyčerpá své jaderné palivo a začne se nevratně stahovat kvůli vlastní gravitační síle. Neustále pokračuje, dokud nezpůsobí takový kolaps, že nic blíže než poloměr horizontu události nemůže uniknout, dokonce ani světlo.

Ve srovnání s tím je červí díra vzácným jevem, což je důsledek hypotetické anomálie při zakřivení časoprostoru. Teoreticky je možné je projít.

Pokud by se však někdo pokusil projít černou dírou, intenzivní gravitace a extrémní záření v těsné blízkosti singularity by jej proměnily v tenkou nitku subatomárních částic.

Existují nepřímé a jen velmi nedávno přímé důkazy o existenci černých děr. Mezi tyto důkazy patří emise a detekce gravitačních vln přitažlivostí a rotací dvou kolosálních černých děr, detekovaných observatoří gravitačních vln LIGO.

Existuje důkaz, že ve středu velkých galaxií, jako je naše Mléčná dráha, existuje super masivní černá díra.

Rychlá rotace hvězd v blízkosti centra, stejně jako obrovské množství vysokofrekvenčního záření, které odtud vychází, jsou nepřímým důkazem, že existuje velká černá díra, která vysvětluje přítomnost těchto jevů.

Teprve 10. dubna 2019 byl světu představen první snímek supermasivní černé díry (7 miliardkrát větší než Slunce), která se nachází ve velmi vzdálené galaxii: Messier 87 v souhvězdí Panny, za 55 milionů světelných let od Země.

Tuto fotografii černé díry umožnila celosvětová síť dalekohledů nazvaná „Event Horizon Telescope“, za účasti více než 200 vědců z celého světa.

Na druhé straně zatím neexistují žádné důkazy o červí díry. Vědci dokázali detekovat a sledovat černou díru, ale totéž nebylo možné u červí díry.

Proto jsou hypotetickými objekty, byť teoreticky proveditelné, protože černé díry byly také jednou.

Odrůda / druhy červí díry

Ačkoli ještě nebyly odhaleny, nebo možná právě z tohoto důvodu, byly si představeny různé možnosti červí díry. Všichni jsou teoreticky proveditelní, protože uspokojují Einsteinovy ​​rovnice pro obecnou relativitu. Tady nějaké jsou:

• Červí díry, které spojují dvě časoprostorové oblasti stejného vesmíru.
• Červí díry schopné spojit jeden vesmír s jiným vesmírem.
• Mosty Einstein-Rosen, v nichž by hmota mohla přecházet z jednoho otvoru na druhý. Přestože by tento průchod hmoty způsobil nestabilitu, způsobil by se, že se tunel zhroutí na sebe.
• Červí díra Kip Thorne s kulovou skořápkou negativní hmoty. Je stabilní a pojízdný v obou směrech.
• Takzvaná červí díra Schwarzschild, sestávající ze dvou spojených statických černých děr. Nejsou průchodné, protože hmota a světlo jsou zachyceny mezi oběma extrémy.
• Zatížené a / nebo rotující nebo Kerr červí díry, sestávající ze dvou vnitřně spojených dynamických černých děr, posuvných pouze v jednom směru.
• Kvantová pěna časoprostoru, jejíž existence je teoretizována na subatomické úrovni. Pěna je tvořena vysoce nestabilními subatomickými tunely, které spojují různé zóny. Jejich stabilizace a expanze by vyžadovala vytvoření kvark-gluonové plazmy, která by vyžadovala téměř nekonečné množství energie k vytvoření.
• V nedávné době byly díky teorii strun teoretizovány červí díry podporované kosmickými řetězci.
• Propletené a poté oddělené černé díry, z nichž vzniká časoprostorová díra, nebo most Einstein-Rosen, který drží pohromadě gravitace. Jde o teoretické řešení navržené v září 2013 fyziky Juanem Maldacenou a Leonardem Susskindem.

Všichni jsou naprosto možné, protože nejsou v rozporu s Einsteinovými rovnicemi obecné relativity.

Budou někdy vidět červí díry?

Po dlouhou dobu byly černé díry teoretickým řešením Einsteinových rovnic. Sám Einstein zpochybnil možnost, že by je lidstvo mohlo někdy odhalit.

Albert Einstein (1879-1955), autor teorie relativity. Zdroj: Pixabay.

Takže po dlouhou dobu zůstaly černé díry jako teoretická předpověď, dokud nebyly nalezeny a lokalizovány. Vědci mají stejnou naději na červí díry.

Je velmi možné, že tam také jsou, ale ještě se nenaučili jejich lokalizaci. Přestože podle nedávné publikace by červí díry zanechaly stopy a stíny pozorovatelné i u dalekohledů.

Předpokládá se, že fotony se pohybují kolem červí díry a vytvářejí světelný kruh. Nejbližší fotony padají dovnitř a zanechávají za sebou stín, který jim umožní odlišit se od černých děr.

Podle Rajibula Shaikha, fyzika z Tata Institute for Fundamental Research v Bombaji v Indii, by typ rotující červí díry vytvořil větší a zdeformovaný stín než stín černé díry.

Shaikh ve své práci studoval teoretické stíny obsažené určitou třídou rotujících červí díry se zaměřením na klíčovou roli hrdla díry při tvorbě fotonového stínu, který umožňuje jeho identifikaci a odlišení od černé díry.

Shaikh také analyzoval závislost stínu na rotaci červí díry a také jej porovnal se stínem, který byl vytvořen rotující Kerrovou černou dírou, a zjistil významné rozdíly. Jedná se o zcela teoretickou práci.

Kromě toho zatím červí díry zůstávají matematickými abstrakcemi, ale je možné, že některé budou brzy spatřeny. To, co je na druhém konci, je zatím předmětem dohadů.

Reference

1. Kvantové zapletení může způsobit gravitaci. Převzato z Cienciaaldia.com
2. Progress of Physics, svazek 61, vydání září 2013, str. 781-811
3. Červí díra. Převzato z wikipedia.org
4. Vesmírný čas. Převzato z wikipedia.org.
5. David Nield (2018). Crazy New Paper navrhuje červí díry obsazení stínů, které bychom mohli snadno vidět pomocí dalekohledů. Převzato z webu sciencealert.com