I buchi neri e i wormhole sono diventati a lungo un attributo familiare di molti film di fantascienza e serie TV, in cui i viaggiatori spaziali li usano per viaggiare istantaneamente attraverso l'Universo. Cosa sono i buchi neri e i wormhole, quanto è plausibile viaggiare nel tempo e nello spazio? Quale incredibile verità viene mostrata nei film di fantascienza? Lo hanno detto i fisici russi delle università del "Progetto 5-100".
Cos'è un buco nero?
I fisici chiamano un buco nero una regione dello spazio-tempo con una gravità così forte che nessuna materia, energia o informazione (inclusa la luce) può lasciare questa regione una volta che vi entra. Un buco nero è delimitato nello spazio da un orizzonte degli eventi: il confine di un buco nero, oltre il quale nessun oggetto o radiazione può sfuggire. Pertanto, gli osservatori al di fuori del buco nero non possono ottenere alcuna informazione su ciò che accade al suo interno.
Secondo la relatività generale, la geometria dei buchi neri è descritta dalle equazioni di Einstein, che collegano la metrica dello spazio-tempo curvo con le proprietà della materia che lo riempie, e la gravità è una manifestazione della curvatura dello spazio-tempo, ha detto un professore dell'Istituto educativo e scientifico di gravità e cosmologia presso la Peoples 'Friendship University of Russia (Università RUDN) Kirill Bronnikov.
“Gli scienziati hanno teoricamente descritto molte varietà di buchi neri. Differiscono in presenza o assenza di rotazione, carica elettrica e altri possibili parametri. Si ritiene che i buchi neri possano derivare dal collasso di stelle sufficientemente massicce nella fase finale della loro evoluzione o dalle fluttuazioni della materia superdensa nell'Universo primordiale , ha detto.
Secondo lui, è impossibile vedere un buco nero, poiché un osservatore esterno non può ricevere alcuna informazione direttamente dall'orizzonte degli eventi. Pertanto, un buco nero può manifestarsi solo indirettamente - dalla flessione dei raggi luminosi che passano nelle vicinanze, dalla radiazione elettromagnetica della materia circostante che vi cade dentro, ecc.
Gli scienziati ancora non capiscono quali siano le regioni interne dei buchi neri, nascoste sotto l'orizzonte degli eventi. Secondo la maggior parte dei modelli di buchi neri nella relatività generale, devono avere "singolarità" - punti, linee o superfici con valori infinitamente grandi della curvatura dello spazio-tempo, così come la densità e la pressione della materia. Tuttavia, molti ricercatori ritengono che in realtà non sia possibile.
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"Qui ci troviamo di fronte al limite di applicabilità delle nostre idee classiche sullo spazio-tempo ed entriamo nell'area sconosciuta della teoria quantistica della gravità non ancora costruita", ha osservato Kirill Bronnikov.
Ha parlato della possibilità dell'esistenza di un altro tipo di buco nero - il cosiddetto "universo nero". Dall'esterno può assomigliare a qualsiasi altro buco nero. Tuttavia, un osservatore che vi è penetrato, attraversando l'orizzonte degli eventi, non cade in una singolarità, ma in un nuovo universo in espansione.
Alla ricerca di buchi neri
All'inizio del 2019 è stato completato il programma di osservazione dell'interferometro terra-spazio Radioastron, con una risoluzione diverse migliaia di volte superiore a quella del famoso telescopio spaziale Hubble. "Radioastron" è una dozzina dei più potenti radiotelescopi terrestri e un osservatorio spaziale, collegati con l'aiuto di speciali algoritmi in una "parabola" virtuale con un diametro molto più grande del nostro pianeta.
Radioastron ha permesso agli astronomi russi di trovare chiare indicazioni osservative dell'esistenza nel centro della galassia OJ287 nella costellazione del Cancro di una coppia di buchi neri supermassicci che ruotano a breve distanza l'uno dall'altro, ha detto il capo del laboratorio per la ricerca fondamentale e applicata di oggetti relativistici nell'Universo dell'Istituto di Fisica e Tecnologia di Mosca (MIPT) Yuri Kovalev.
“Le nostre osservazioni si adattano bene alle previsioni del modello binario di buco nero OJ287. In futuro, utilizzando l'interferometro spazio-terra Millimetron, intendiamo studiare a lunghezze d'onda più corte le ombre e la vicinanza dei buchi neri nella nostra e in altre galassie. Aiuterà anche a testare la comprensione teorica dell'esistenza di altri oggetti - "wormhole" ", ha detto.
Tunnel ad altre dimensioni
I "wormholes" (l'equivalente inglese del nome - wormholes, o wormholes) sono gli oggetti più intriganti dell'Universo, di cui gli scienziati sostengono l'esistenza. Queste sono configurazioni dello spazio-tempo sotto forma di una sorta di tunnel tra regioni lontane del nostro Universo o anche tra universi diversi.
“I wormhole sono simili ai buchi neri, in quanto sono oggetti localizzati con gravità e curvatura dello spazio sufficientemente forti. Ma, a differenza dei buchi neri, non hanno una "trappola" - un orizzonte degli eventi, quindi teoricamente consentono non solo l '"entrata", ma anche l' "uscita". Cioè, puoi esaminarli e tornare indietro ", ha detto Sergei Rubin, professore presso l'Università Nazionale di Ricerca Nucleare MEPhI (NRNU MEPhI).
Nonostante il fatto che i wormhole non siano in contraddizione con la relatività generale e siano previsti da alcune teorie cosmologiche, i veri candidati per il ruolo di tali oggetti sono ancora sconosciuti. Inoltre, i wormhole implicano una geometria spazio-temporale molto atipica, che richiede il mantenimento di materia con proprietà esotiche (ad esempio, con densità di energia negativa).
"La scoperta di wormhole in natura o la loro creazione in laboratorio significherebbe una vera rivoluzione nella fisica dello spazio-tempo", ha sottolineato lo scienziato.
Sergei Rubin non condivide la fiducia dell'astronomo Heino Falke sul fatto che le recenti immagini del buco nero al centro della galassia M87, ottenute nel progetto Event Horizons Telescope, possano confermare l'esistenza di tunnel nella struttura dello spazio-tempo. Per le conclusioni finali, non c'è sufficiente precisione di misurazione.
Allo stesso tempo, le idee teoriche su questi oggetti aiutano gli scienziati a comprendere meglio la natura dello spazio-tempo e della gravità.
Come entrare in un wormhole?
Non tutti i film di fantascienza sui tunnel ad altre dimensioni sono lontani dalle moderne teorie scientifiche, afferma Artem Yurov, professore dell'Università federale baltica Immanuel Kant (IKBFU).
“Nel film Interstellar, le informazioni sui buchi neri e sugli spazi aggiuntivi sono in linea con le idee scientifiche. Ciò non sorprende, dal momento che il consulente scientifico del film era il fisico dei buchi neri vincitore del premio Nobel Kip Thorne. È stato lui a dare nuova vita all'idea dell'esistenza dei wormhole , ha detto.
Secondo Artem Yurov, sebbene i wormhole siano consentiti dalle leggi della fisica, non possono sorgere da soli. Tuttavia, potrebbero essere costruiti da una civiltà estremamente sviluppata in termini tecnici e scientifici.
"Questo non dovrebbe sorprendere, dopotutto, anche un'auto Toyota non può apparire spontaneamente, anche se aspetti decine di miliardi di anni - deve essere fatta", ha detto.
Oggi i fisici stanno pensando alla possibilità di formare wormhole che non si disintegrano rapidamente, nonché a come renderli abbastanza grandi in modo che almeno le molecole possano adattarsi e non collassare lì.
“È ipoteticamente possibile inviare il genoma umano attraverso un wormhole. Secondo i calcoli, ci sono anche canalette di dimensioni aggiuntive, ma sono ancora piuttosto piccole, da 10 a meno 31 gradi di centimetri , ha detto Sergei Rubin.
Secondo lo scienziato, attraverso un wormhole è ipoteticamente possibile in futuro inviare l'umanità da un universo morente a un altro, appena cominciando a vivere. Per questo, non è necessario inviare una persona lì fisicamente: puoi inviare informazioni lì, sulla base delle quali la nostra civiltà verrà ripristinata in modo indipendente nel nuovo Universo.
