L'epopea spaziale Interstellar (un film di fantascienza uscito nell'ottobre 2014) racconta la storia di astronauti che, alla ricerca di opzioni per salvare l'umanità, scoprono la "strada della vita" rappresentata da un misterioso tunnel.
Questo passaggio in un modo inspiegabile appare vicino a Saturno e nello spazio-tempo porta una persona in una galassia lontana, fornendo così la possibilità di trovare pianeti abitati da esseri viventi. Pianeti che possono diventare una seconda casa per le persone.
L'ipotesi dell'esistenza di un tunnel cinematografico, chiamato dagli scienziati "wormhole" o "wormhole", è stata preceduta da una vera e propria teoria fisica, proposta da uno dei primi astrofisici ed ex professore del California Institute of Technology Kip Thorne.
Kip Thorne ha anche assistito l'astronomo, astrofisico, divulgatore della scienza e uno di coloro che hanno avviato il progetto per la ricerca dell'intelligenza extraterrestre - Carl Sagan - per creare un modello di wormhole per il suo romanzo Contact. La credibilità delle immagini nel film per gli scienziati spaziali è così ovvia che gli astrofisici ammettono che sono forse le rappresentazioni più accurate di wormhole e buchi neri nel cinema mondiale.
C'è solo un "piccolo" dettaglio in questo film che ossessiona lo spettatore attento: volare in uno spazio espresso come questo è, ovviamente, fantastico, ma i piloti saranno in grado di tenere una quercia durante questo movimento interstellare?
I creatori del blockbuster spaziale hanno scelto di non menzionare che la teoria originale dei wormhole apparteneva ad altri importanti teorici dell'astrofisica - è stata avviata da Albert Einstein, insieme al suo assistente Nathan Rosen. Questi scienziati hanno cercato di risolvere le equazioni di Einstein per la relatività generale in modo che il risultato fosse un modello matematico dell'intero universo, insieme alle forze gravitazionali e alle particelle elementari che formano la materia. In tutto questo si è cercato di immaginare lo spazio come due piani geometrici collegati tra loro da "ponti".
Parallelamente, ma indipendentemente da Einstein, un lavoro simile fu svolto da un altro fisico - Ludwig Flamm, che nel 1916, anche risolvendo le equazioni di Einstein, fece la sua scoperta di tali "ponti".
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Tutti e tre i "Mostostroeviti" subirono una generale delusione, poiché la "teoria di tutto ciò che esiste" si rivelò impraticabile: tali "ponti" in teoria non funzionavano affatto allo stesso modo delle vere particelle elementari.
Tuttavia, nel 1935, Einstein e Rosen pubblicarono un lavoro in cui esponevano la loro teoria dei tunnel nel continuum spazio-temporale. Questo lavoro, come concepito dagli autori, doveva ovviamente indurre altre generazioni di scienziati a riflettere sulla possibilità di applicare una tale teoria.
I wormhole di Wheeler
Un tempo, il fisico dell'università di Princeton John Wheeler introdusse nella circolazione verbale la designazione "wormhole", che fu usata in più anni per studiare la costruzione di modelli di "ponti" secondo la teoria di Einstein-Rosen. Wheeler notò: questo "ponte" assomiglia dolorosamente a un movimento rosicchiato da un verme in un frutto. Immagina una formica che striscia da un lato all'altro di una pera: è in grado di strisciare su tutta la superficie curva o, accorciando il percorso, attraversare il frutto attraverso un tunnel wormhole.
E se immaginiamo che il nostro continuum spazio-temporale tridimensionale sia la pelle di una pera, che come una superficie curva racchiuda una "massa" di dimensioni molto maggiori? Forse il "ponte" Einstein-Rosen è proprio il tunnel che taglia questa "massa", permette ai piloti di astronavi di ridurre la distanza nello spazio tra due punti. Probabilmente, in questo caso stiamo parlando di una vera soluzione matematica della teoria generale della relatività.
Secondo Wheeler, le bocche dei "ponti" di Einstein-Rosen ricordano molto il cosiddetto buco nero di Schwarzschild: materia semplice con una forma sferica e una densità così elevata che la sua forza gravitazionale non può essere superata nemmeno dalla luce. Gli astronomi hanno una forte convinzione nell'esistenza dei "buchi neri". Credono che queste formazioni nascano quando stelle molto massicce "collassano" o si estinguono.
Quanto è fondata l'ipotesi che un "buco nero" sia lo stesso di un "wormhole" o di un tunnel che consente viaggi spaziali a lunga distanza? Forse dal punto di vista della matematica, questa affermazione è vera. Ma solo in teoria: non ci saranno sopravvissuti in una simile spedizione.
Il modello di Schwarzschild rappresenta il centro oscuro del "buco nero" come un punto singolare o una sfera fissa centrale neutra con densità infinita. I calcoli di Wheeler mostrano le conseguenze di ciò che è accaduto in caso di formazione di un tale "wormhole" quando due punti singolari (i "buchi neri" di Schwarzschild) in due parti distanti dell'Universo convergono nella sua "massa" e creano un tunnel tra di loro.
Il ricercatore ha scoperto: un tale "wormhole" ha una natura instabile: il tunnel si forma prima e poi collassa, dopodiché rimangono solo due punti singolari ("buchi neri"). La procedura per la comparsa e la chiusura del tunnel è così fulminea che nemmeno un raggio di luce può penetrare attraverso di essa, figuriamoci un astronauta che cerca di scivolare attraverso - sarà inghiottito da un "buco nero". Non è uno scherzo: stiamo parlando di morte istantanea, perché le forze gravitazionali del potere folle faranno a pezzi una persona.
"Buchi neri" e "macchie bianche"
Thorne contemporaneamente al film ha pubblicato il libro "I fondamenti scientifici del film" Interstellar ", in cui conferma:" Qualsiasi corpo - vivente o inanimato - nel momento in cui il tunnel crolla sarà schiacciato e fatto a pezzi!"
Per un'altra variante alternativa - il "buco nero" rotante di Kerr - i ricercatori delle "macchie bianche" nei viaggi interplanetari hanno trovato una soluzione diversa alla teoria generale della relatività. La singolarità all'interno del "buco nero" di Kerr ha una forma diversa, non sferica, ma anulare.
Alcuni modelli possono dare a una persona la possibilità di sopravvivere al volo interstellare, ma solo se la nave passa questo foro esclusivamente attraverso il centro dell'anello. Qualcosa come il basket spaziale, solo il costo di colpire qui non è un punto extra: è in gioco l'esistenza di un'astronave insieme al suo equipaggio.
Kip Thorne, autore di The Scientific Basics of Interstellar, dubita dello stato di questa teoria. Già nel 1987 scrisse un articolo sul volo attraverso un wormhole, dove sottolinea un dettaglio importante: la gola del tunnel di Kerr ha una sezione molto inaffidabile, che si chiama " l'orizzonte di Cauchy ".
Come mostrano i calcoli corrispondenti, non appena il corpo cerca di passare questo punto, il tunnel crolla. Inoltre, e sotto la condizione di una certa stabilizzazione del "wormhole", esso, come dice la teoria quantistica, sarà immediatamente riempito di particelle veloci di alta energia.
Pertanto, mentre ti spingi nel "buco nero" di Kerr, rimarrà di te una crosta secca e tostata.
Il motivo: "azione inquietante a distanza"?
Il fatto è che i fisici non hanno ancora adattato le leggi di gravità classiche alla teoria quantistica: questo ramo della matematica è troppo difficile da capire e molti scienziati non gli hanno ancora dato una definizione esatta.
Allo stesso tempo, lo scienziato di Princeton Juan Malsadena e il suo collega di Stanford Leonard Susskind hanno suggerito che i wormhole non sono ovviamente altro che l'incarnazione materiale dell'entanglement nel momento in cui gli oggetti quantistici si connettono, indipendentemente dal fatto che siano distanti l'uno dall'altro. amico.
Albert Einstein aveva il suo nome per tale intreccio: "inquietante azione a distanza", il grande fisico non pensava nemmeno di essere d'accordo con il punto di vista generalmente accettato. Nonostante ciò, molti esperimenti hanno dimostrato l'esistenza dell'entanglement quantistico. Inoltre, è già in uso per scopi commerciali: protegge la trasmissione di dati online, come le transazioni bancarie.
Secondo Malsadena e Susskind, in grandi volumi, l'entanglement quantistico può influenzare il cambiamento nella geometria del continuum spazio-temporale e contribuire all'emergere di "wormhole" sotto forma di "buchi neri" entangled. Ma l'ipotesi di questi scienziati non consente la formazione di tunnel interstellari percorribili.
Secondo Malsadena, questi tunnel, da un lato, non consentono di volare più velocemente della velocità della luce, e dall'altro possono aiutare gli astronauti a incontrarsi ancora lì, all'interno, con qualcuno "diverso". Tuttavia, non c'è alcun piacere da un simile incontro, poiché l'incontro sarà seguito dall'inevitabile morte per impatto gravitazionale al centro del "buco nero".
In una parola, i "buchi neri" sono un vero ostacolo all'esplorazione spaziale umana. In tal caso, cosa potrebbe essere un wormhole? Secondo lo scienziato dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Avi Loeb, le persone hanno molte opzioni su questo punto: poiché non esiste una teoria che combini la relatività generale con la meccanica quantistica, non siamo a conoscenza dell'intero insieme di possibili strutture spazio-temporali in cui possono apparire wormhole. ".
Crollano
Ma anche qui non tutto è così semplice. Lo stesso Kip Thorne nel 1987 stabilì una caratteristica per ogni "wormhole" corrispondente alla teoria generale della relatività che collassa se non si cerca di tenerlo aperto a causa della cosiddetta materia esotica, che ha energia negativa o antigravità. Thorne assicura: l'esistenza dell'esomateria può essere stabilita sperimentalmente.
Gli esperimenti mostreranno che le fluttuazioni quantistiche nel vuoto sono ovviamente in grado di creare una pressione negativa tra due specchi posti molto vicini.
A sua volta, secondo Avi Loeb, se osservi la cosiddetta energia oscura, allora questi studi daranno ancora più motivo di credere nell'esistenza della materia esotica.
Uno scienziato dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics afferma che "… vediamo come nel corso della recente storia cosmica le galassie si stanno allontanando da noi a una velocità che aumenta nel tempo, come se fossero influenzate dall'antigravità - un'espansione così accelerata dell'Universo può essere spiegata se l'Universo è pieno di una sostanza con pressione negativa, esattamente il materiale necessario per l'emergere di un wormhole … ".
Allo stesso tempo, sia Loeb che Thorne credono che anche se un "wormhole" è in grado di apparire naturalmente, richiederà molta materia esotica. Solo una civiltà altamente sviluppata sarà in grado di accumulare una tale riserva di energia e la successiva stabilizzazione di un tale tunnel.
Nelle opinioni su questa teoria, non c'è anche "alcun accordo tra i compagni". Ad esempio, ecco cosa pensa il loro collega Malsaden dei risultati di Loeb e Thorne:
"… Credo che l'idea di un wormhole passabile stabile non sia abbastanza intelligibile e, a quanto pare, non corrisponde alle leggi note della fisica …" Sabina Hossenfelder dello Scandinavian Institute for Theoretical Physics in Svezia e rompe completamente le conclusioni di Leb-Thorn: "… Abbiamo non ci sono assolutamente prove dell'esistenza di materia esotica. Inoltre, è diffusa la convinzione che non possa esistere, perché se esistesse, il vuoto sarebbe instabile …"
Anche nel caso dell'esistenza di tale materia esotica, Hossen-felder sviluppa il suo pensiero, muoversi al suo interno sarebbe estremamente spiacevole: ogni volta le sensazioni sarebbero direttamente proporzionali al grado di curvatura della struttura spazio-temporale attorno al tunnel e alla densità energetica al suo interno. Sabine Hossenfelder conclude:
"… Questo è molto simile ai" buchi neri ": le forze di marea sono troppo grandi - e una persona verrà fatta a pezzi …"
Paradossalmente, nonostante i suoi contributi a Interstellar, Thorne non crede davvero che un tunnel così attraversabile possa mai apparire. E nella possibilità di attraversarlo (senza alcun danno!) - astronauti - e ancora di più. Lui stesso lo ammette nel suo libro:
"… Se [i tunnel] possono esistere, allora dubito fortemente che possano sorgere naturalmente nell'Universo astrofisico …"
… Allora credi nei film di fantascienza!
Oleg Timokhin
