ვარსკვლავური სამყარო სავსეა მრავალი საიდუმლოებით. აინშტაინის მიერ შექმნილი ფარდობითობის ზოგადი თეორიის (GR) მიხედვით, ჩვენ ვცხოვრობთ ოთხგანზომილებიან სივრცე-დროში. ის მრუდია და ყველა ჩვენგანისთვის ნაცნობი გრავიტაცია ამ თვისების გამოვლინებაა. მატერია იღუნება, თავის ირგვლივ სივრცეს „ახვევს“და რაც მეტია, მით უფრო მკვრივია. სივრცე, სივრცე და დრო ძალიან საინტერესო თემებია. ამ სტატიის წაკითხვის შემდეგ, თქვენ აუცილებლად გაიგებთ რაიმე ახალს მათ შესახებ.
მრუდის იდეა
გრავიტაციის მრავალი სხვა თეორია, რომელთაგან დღეს ასეულობით არსებობს, ზოგადი ფარდობითობისგან განსხვავდება დეტალებით. თუმცა, ყველა ეს ასტრონომიული ჰიპოთეზა ინარჩუნებს მთავარს - გამრუდების იდეას. თუ სივრცე მრუდია, მაშინ შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ მას შეუძლია მიიღოს, მაგალითად, მილის დამაკავშირებელი ადგილები, რომლებიც გამოყოფილია მრავალი სინათლის წლით. და შესაძლოა, ერთმანეთისგან შორს ეპოქაც კი. ყოველივე ამის შემდეგ, ჩვენ ვსაუბრობთ არა ჩვენთვის ნაცნობ სივრცეზე, არამედ სივრცე-დროზე, როდესაც განვიხილავთ კოსმოსს. ხვრელი მასშიგამოჩნდება მხოლოდ გარკვეულ პირობებში. გეპატიჟებით, უფრო ახლოს დააკვირდეთ ისეთ საინტერესო ფენომენს, როგორიცაა ჭიის ხვრელები.
პირველი იდეები ჭიის ხვრელებზე
ღრმა კოსმოსი და მისი საიდუმლოებები იძახიან. მრუდის შესახებ ფიქრები გაჩნდა GR გამოქვეყნებისთანავე. ლ. ფლამმა, ავსტრიელმა ფიზიკოსმა, უკვე 1916 წელს თქვა, რომ სივრცითი გეომეტრია შეიძლება არსებობდეს ერთგვარი ხვრელის სახით, რომელიც აკავშირებს ორ სამყაროს. მათემატიკოსმა ნ. როზენმა და ა. აინშტაინმა 1935 წელს შენიშნეს, რომ განტოლებების უმარტივეს ამონახსნებს ფარდობითობის ფარდობითობის ფარგლებში, რომელიც აღწერს იზოლირებულ ელექტრულად დამუხტულ ან ნეიტრალურ წყაროებს, რომლებიც ქმნიან გრავიტაციულ ველებს, აქვთ სივრცითი „ხიდის“სტრუქტურა. ანუ, ისინი აკავშირებენ ორ სამყაროს, ორ თითქმის ბრტყელ და იდენტურ სივრცე-დროს.
მოგვიანებით ეს სივრცითი სტრუქტურები ცნობილი გახდა, როგორც "ჭიის ხვრელები", რაც ინგლისური სიტყვის ჭიის ხვრელის საკმაოდ თავისუფალი თარგმანია. მისი უფრო ახლო თარგმანია „ჭია ხვრელი“(კოსმოსში). როზენმა და აინშტაინმა არც კი გამორიცხეს ამ „ხიდების“გამოყენება ელემენტარული ნაწილაკების აღწერისთვის მათი დახმარებით. მართლაც, ამ შემთხვევაში ნაწილაკი არის წმინდა სივრცითი წარმონაქმნი. აქედან გამომდინარე, არ არის საჭირო მუხტის წყაროს ან მასის კონკრეტულად მოდელირება. და შორეული გარე დამკვირვებელი, თუ ჭიის ხვრელს აქვს მიკროსკოპული ზომები, ხედავს მხოლოდ წერტილოვან წყაროს მუხტით და მასით, როდესაც ერთ-ერთ ამ სივრცეშია.
აინშტაინ-როზენის "ხიდები"
ძალის ელექტრული ხაზები შედის ბურუსში ერთი მხრიდან, ხოლო მეორე მხრიდან ისინი გამოდიან არსად დამთავრების ან დაწყების გარეშე. ჯ.უილერმა, ამერიკელმა ფიზიკოსმა, ამ შემთხვევაში თქვა, რომ მიიღება „დამუხტვა მუხტის გარეშე“და „მასა მასის გარეშე“. ამ შემთხვევაში სულაც არ არის საჭირო იმის გათვალისწინება, რომ ხიდი ემსახურება ორი განსხვავებული სამყაროს დაკავშირებას. არანაკლებ მართებული იქნება ვარაუდი, რომ ჭიის ხვრელის ორივე „პირი“გადის ერთ სამყაროში, მაგრამ სხვადასხვა დროსა და სხვადასხვა წერტილში. გამოდის რაღაც ღრუ "სახელურის" მსგავსი, თუ იგი თითქმის ბრტყელ ნაცნობ სამყაროზეა შეკერილი. ძალის ხაზები შედის პირში, რაც შეიძლება გავიგოთ, როგორც უარყოფითი მუხტი (ვთქვათ ელექტრონი). პირს, საიდანაც ისინი გამოდიან, აქვს დადებითი მუხტი (პოზიტრონი). რაც შეეხება მასებს, ისინი ორივე მხრიდან ერთნაირი იქნება.
პირობები აინშტაინ-როზენის "ხიდების" ფორმირებისთვის
ამ სურათმა, მთელი თავისი მიმზიდველობით, ვერ მოიპოვა ადგილი ნაწილაკების ფიზიკაში, მრავალი მიზეზის გამო. მიკროსამყაროში შეუცვლელი აინშტაინ-როზენის „ხიდებს“კვანტური თვისებების მიკუთვნება ადვილი არ არის. ასეთი "ხიდი" საერთოდ არ არის ჩამოყალიბებული ნაწილაკების მუხტებისა და მასების (პროტონების ან ელექტრონების) ცნობილი მნიშვნელობებისთვის. ამის ნაცვლად, "ელექტრული" ამონახსნი წინასწარმეტყველებს "შიშველ" სინგულარობას, ანუ წერტილს, სადაც ელექტრული ველი და სივრცის გამრუდება ხდება უსასრულო. ასეთ წერტილებში კონცეფციასივრცე-დრო, თუნდაც გამრუდების შემთხვევაში, კარგავს თავის მნიშვნელობას, რადგან შეუძლებელია განტოლებების ამოხსნა, რომლებსაც აქვთ უსასრულო რაოდენობის წევრი.
როდის არღვევს GR?
დამოუკიდებლად, OTO კონკრეტულად მიუთითებს ზუსტად როდის წყვეტს მუშაობას. ყელზე, „ხიდის“ყველაზე ვიწრო ადგილას შეერთების სიგლუვის დარღვევაა. და უნდა ითქვას, რომ ეს საკმაოდ არატრივიალურია. შორეული დამკვირვებლის პოზიციიდან დრო ამ კისერზე ჩერდება. ის, რასაც როზენი და აინშტაინი ფიქრობდნენ, იყო ყელი, ახლა განისაზღვრება, როგორც შავი ხვრელის მოვლენის ჰორიზონტი (დამუხტული თუ ნეიტრალური). სხივები თუ ნაწილაკები „ხიდის“სხვადასხვა მხრიდან ეცემა ჰორიზონტის სხვადასხვა „სექციებზე“. ხოლო მის მარცხენა და მარჯვენა ნაწილებს შორის, შედარებით რომ ვთქვათ, არის არასტატიკური არე. იმისთვის რომ გაიარო ტერიტორია შეუძლებელია არ გაიარო.
შავ ხვრელში გავლის შეუძლებლობა
კოსმოსური ხომალდი, რომელიც უახლოვდება შედარებით დიდი შავი ხვრელის ჰორიზონტს, თითქოს სამუდამოდ იყინება. სულ უფრო და უფრო იშვიათად, მისგან სიგნალები აღწევს… პირიქით, ჰორიზონტზე გემის საათის მიხედვით მიიღწევა სასრულ დროში. როდესაც გემი (სინათლის სხივი ან ნაწილაკი) გადის მასზე, ის მალე სინგულარობას შეეჯახება. აქ მრუდი ხდება უსასრულო. სინგულარობაში (ჯერ კიდევ მისკენ მიმავალ გზაზე) გაშლილი სხეული აუცილებლად გატყდება და დაიმსხვრევება. ეს არის რეალობა იმისა, თუ როგორ მუშაობს შავი ხვრელი.
დამატებითი კვლევა
1916-17წწ. მიღებული იქნა Reisner-Nordström და Schwarzschild ხსნარები. Მათშისფერულად აღწერს სიმეტრიულ ელექტრულად დამუხტულ და ნეიტრალურ შავ ხვრელებს. თუმცა, ფიზიკოსებმა ამ სივრცეების რთული გეომეტრიის სრულად გაგება მხოლოდ 1950-60-იანი წლების ბოლოს შეძლეს. სწორედ მაშინ დ.ა. უილერმა, რომელიც ცნობილია თავისი შრომით გრავიტაციისა და ბირთვული ფიზიკის თეორიაში, შემოგვთავაზა ტერმინები „ჭიის ხვრელი“და „შავი ხვრელი“. აღმოჩნდა, რომ რაისნერ-ნორდსტრომისა და შვარცშილდის სივრცეებში მართლაც არის ჭიის ხვრელები კოსმოსში. ისინი სრულიად უხილავია შორეული დამკვირვებლისთვის, როგორც შავი ხვრელები. და მათ მსგავსად, ჭიის ხვრელები სივრცეში მარადიულია. მაგრამ თუ მოგზაური ჰორიზონტს მიღმა შეაღწევს, ისინი ისე სწრაფად იშლება, რომ ვერც სინათლის სხივი და ვერც მასიური ნაწილაკი, მითუმეტეს ხომალდი, ვერ გადაფრინდება მათში. სხვა პირში ფრენისთვის, სინგულარობის გვერდის ავლით, სინათლეზე უფრო სწრაფად უნდა იმოძრაოთ. ამჟამად, ფიზიკოსები თვლიან, რომ ენერგიისა და მატერიის სუპერნოვას სიჩქარე ფუნდამენტურად შეუძლებელია.
შვარცშილდისა და რაისნერ-ნორდსტრომის შავი ხვრელები
შვარცშილდის შავი ხვრელი შეიძლება ჩაითვალოს შეუღწევად ჭიის ხვრელად. რაც შეეხება Reisner-Nordström-ის შავ ხვრელს, ის გარკვეულწილად უფრო რთული, მაგრამ ასევე გაუვალია. მიუხედავად ამისა, არც ისე რთულია კოსმოსში ოთხგანზომილებიანი ჭიის ხვრელების მოფიქრება და აღწერა, რომლებზეც შეიძლება გავლა. თქვენ უბრალოდ უნდა აირჩიოთ თქვენთვის საჭირო მეტრიკის ტიპი. მეტრული ტენსორი, ან მეტრიკა, არის მნიშვნელობების ნაკრები, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოვლენის წერტილებს შორის არსებული ოთხგანზომილებიანი ინტერვალების გამოსათვლელად. მნიშვნელობების ეს ნაკრები სრულად ახასიათებს როგორც გრავიტაციულ ველს, ასევესივრცე-დროის გეომეტრია. გეომეტრიულად გავლადი ჭიის ხვრელები კოსმოსში უფრო მარტივია, ვიდრე შავი ხვრელები. მათ არ აქვთ ჰორიზონტები, რომლებიც დროთა განმავლობაში კატაკლიზმამდე მიგვიყვანს. სხვადასხვა მომენტში დრო შეიძლება სხვა ტემპით წავიდეს, მაგრამ ის არ უნდა გაჩერდეს ან აჩქარდეს უსასრულოდ.
ჭიის ხვრელის კვლევის ორი ხაზი
ბუნებამ ბარიერი დაუყენა ჭიის ხვრელებს. არადა, ადამიანი ისეა მოწყობილი, რომ თუ რაიმე დაბრკოლებაა, ყოველთვის იქნებიან მისი გადალახვის მსურველები. და მეცნიერები არ არიან გამონაკლისი. თეორეტიკოსების ნაშრომები, რომლებიც ჭიის ხვრელების შესწავლით არიან დაკავებულნი, პირობითად შეიძლება დაიყოს ორ სფეროდ, რომლებიც ავსებენ ერთმანეთს. პირველი ეხება მათი შედეგების განხილვას, წინასწარ ვივარაუდოთ, რომ ჭიის ხვრელები არსებობს. მეორე მიმართულების წარმომადგენლები ცდილობენ გაიგონ, რისგან და როგორ შეიძლება გამოჩნდნენ, რა პირობებია საჭირო მათი წარმოქმნისთვის. ამ მიმართულებით უფრო მეტი ნამუშევარია, ვიდრე პირველში და, ალბათ, უფრო საინტერესოც. ეს სფერო მოიცავს ჭიის ხვრელების მოდელების ძიებას, ასევე მათი თვისებების შესწავლას.
რუსი ფიზიკოსების მიღწევები
როგორც გაირკვა, მატერიის თვისებები, რომელიც წარმოადგენს ჭიის ხვრელების ასაშენებელ მასალას, შეიძლება განხორციელდეს კვანტური ველების ვაკუუმის პოლარიზაციის გამო. ამ დასკვნამდე ცოტა ხნის წინ მივიდნენ რუსი ფიზიკოსები სერგეი სუშკოვი და არკადი პოპოვი, ესპანელ მკვლევარ დევიდ ჰოხბერგთან და სერგეი კრასნიკოვთან ერთად. ვაკუუმი ამ შემთხვევაში არ არისსიცარიელე. ეს არის კვანტური მდგომარეობა, რომელიც ხასიათდება ყველაზე დაბალი ენერგიით, ანუ ველი, რომელშიც არ არის რეალური ნაწილაკები. ამ ველში მუდმივად ჩნდება „ვირტუალური“ნაწილაკების წყვილი, რომლებიც ქრება მოწყობილობების მიერ მათი აღმოჩენამდე, მაგრამ ტოვებს კვალს ენერგიის ტენზორის სახით, ანუ იმპულსი, რომელიც ხასიათდება უჩვეულო თვისებებით. მიუხედავად იმისა, რომ მატერიის კვანტური თვისებები ძირითადად მიკროსამყაროში ვლინდება, მათ მიერ წარმოქმნილმა ჭიის ხვრელებმა, გარკვეულ პირობებში, შეიძლება მიაღწიონ მნიშვნელოვან ზომებს. კრასნიკოვის ერთ-ერთ სტატიას, სხვათა შორის, ჰქვია "ჭიის ხვრელების საფრთხე"..
ფილოსოფიის კითხვა
თუ ჭიის ხვრელები ოდესმე აშენდება ან აღმოჩენილია, ფილოსოფიის სფერო, რომელიც დაკავშირებულია მეცნიერების ინტერპრეტაციასთან, ახალი გამოწვევების წინაშე დადგება და უნდა ითქვას, რომ ძალიან რთული. დროის მარყუჟების ერთი შეხედვით აბსურდულობისა და მიზეზობრიობის რთული პრობლემების მიუხედავად, მეცნიერების ეს სფერო, ალბათ, ოდესმე გაერკვევა. ისევე, როგორც ისინი ეხებოდნენ კვანტური მექანიკის პრობლემებს და აინშტაინის მიერ შექმნილ ფარდობითობის თეორიას. სივრცე, სივრცე და დრო - ყველა ეს კითხვა აინტერესებს ყველა ასაკში და, როგორც ჩანს, ყოველთვის გვაინტერესებს. მათი სრული ცოდნა თითქმის შეუძლებელია. კოსმოსის კვლევა ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ოდესმე დასრულდეს.
