ถาม Jyotiraditya: - WormHole, Singularity

ลึกลับ Timetravel

ด้วยความกระตือรือร้นของฉันต่ออนาคตของมนุษยชาติในอวกาศมีปัญหาหนึ่งที่จ้องมอง พวกเราส่วนใหญ่เป็นถุงน้ำเนื้อนุ่มและดาวดวงอื่น ๆ นั้นอยู่ไกลจริงๆ แม้จะมีเทคโนโลยี spaceflight ที่มองโลกในแง่ดีที่สุดที่เราสามารถจินตนาการได้ แต่เราจะไม่ไปถึงดาวดวงอื่นในชีวิตมนุษย์

ในความเป็นจริงบอกเราว่าแม้ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ที่สุดจะอยู่ไกลออกไปอย่างเข้าใจไม่ได้และจะต้องใช้พลังงานหรือเวลาจำนวนมากในการเดินทาง ความเป็นจริงบอกว่าเราต้องการเรือที่สามารถมีอายุได้หลายร้อยหรือหลายพันปีในขณะที่รุ่นหลังกำเนิดของมนุษย์อวกาศเกิดขึ้นใช้ชีวิตของพวกเขาและตายในการขนส่งไปยังดาวดวงอื่น

ในทางกลับกันนิยายวิทยาศาสตร์ชักใยเราด้วยวิธีการล่อลวงของการขับเคลื่อนขั้นสูง ไขลานขับรถและดูดวงดาวที่ผ่านมาเราทำให้การเดินทางสู่อัลฟาเซ็นทอรีรวดเร็วเหมือนการล่องเรือสำราญ

คุณรู้ว่ามีอะไรง่ายขึ้น? หนอน ประตูเวทย์มนตร์ที่เชื่อมต่อสองจุดในอวกาศและเวลากับอีกจุดหนึ่ง เพียงจัดวางบั้งเพื่อหมุนในจุดหมายปลายทางของคุณรอให้เกทมีความเสถียรแล้วเดิน…เดิน! ไปยังจุดหมายปลายทางของคุณครึ่งกาแล็กซี่

ใช่ว่าจะดีจริงๆ ใครบางคนควรได้รับรอบในการประดิษฐ์หนอนเหล่านี้นำไปสู่อนาคตใหม่ที่กล้าหาญของการเดินเร็วแบบอวกาศ หนอนคืออะไรกันแน่และเร็วแค่ไหนจนกระทั่งฉันได้ใช้มัน?

หนอนที่รู้จักกันในชื่อสะพานไอน์สไตน์ - โรเซ็นเป็นวิธีการทางทฤษฎีของพื้นที่พับและเวลาเพื่อให้คุณสามารถเชื่อมต่อสองสถานที่ในพื้นที่เข้าด้วยกัน จากนั้นคุณสามารถเดินทางได้ทันทีจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง

เราจะใช้การสาธิตแบบคลาสสิกจากภาพยนตร์เรื่องดวงดาวที่คุณวาดเส้นจากสองจุดบนแผ่นกระดาษแล้วพับกระดาษให้ทั่วแล้วหนีบดินสอของคุณผ่านเพื่อย่นการเดินทาง มันใช้งานได้ดีบนกระดาษ แต่เป็นฟิสิกส์ที่แท้จริงนี้ไหม

ในฐานะที่ไอน์สไตน์สอนเราแรงโน้มถ่วงไม่ใช่พลังที่ดึงสสารออกมาเหมือนแม่เหล็กมันเป็นความแปรปรวนของกาลอวกาศ ดวงจันทร์คิดว่ามันเป็นเพียงการติดตามเป็นเส้นตรงผ่านอวกาศ แต่จริงๆแล้วมันเป็นไปตามเส้นทางที่บิดเบี้ยวที่สร้างขึ้นโดยแรงโน้มถ่วงของโลก

ดังนั้นตามที่ไอน์สไตน์และนักฟิสิกส์นาธานโรเซ็นคุณอาจยุ่งเหยิงกับกาลอวกาศอย่างแน่นหนาจนจุดสองจุดแบ่งตำแหน่งทางกายภาพเดียวกัน หากคุณสามารถรักษาทุกสิ่งให้คงที่ได้คุณสามารถแยกเวลาสองส่วนออกจากกันอย่างรอบคอบเพื่อให้พวกเขายังคงอยู่ในตำแหน่งเดิม แต่แยกจากกันตามระยะทางที่คุณต้องการ

ไต่ลงไปตามหลุมแรงโน้มถ่วงของอีกด้านหนึ่งของรูหนอนแล้วปรากฏขึ้นที่ตำแหน่งอื่นทันที หลายล้านหรือหลายพันล้านปีแสง ในขณะที่หนอนเป็นไปได้ในทางทฤษฎีในการสร้างมันเป็นไปไม่ได้จริงจากสิ่งที่เราเข้าใจในปัจจุบัน

ปัญหาใหญ่อันดับแรกคือหนอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ดังนั้นจงระลึกไว้เสมอ ฟิสิกส์ที่ทำนายสิ่งเหล่านี้ห้ามมิให้ใช้เป็นวิธีการขนส่ง นั่นเป็นการโจมตีที่รุนแรงมากสำหรับพวกเขา

ประการที่สองแม้ว่าหนอนสามารถสร้างได้พวกมันจะไม่เสถียรอย่างสมบูรณ์ยุบตัวลงทันทีหลังจากการก่อตัว หากคุณพยายามที่จะเดินไปที่ปลายด้านหนึ่งคุณก็อาจจะเดินเข้าไปในหลุมดำ

ประการที่สามแม้ว่าพวกเขาจะสามารถเคลื่อนที่ได้และสามารถรักษาความมั่นคงได้ในขณะที่วัสดุใดก็ตามพยายามผ่าน - แม้แสงโฟตอน - ที่จะทำให้พวกเขาล้มลง

มีแววแห่งความหวัง แต่เนื่องจากนักฟิสิกส์ยังไม่สามารถหาวิธีรวมกลศาสตร์แรงโน้มถ่วงและควอนตัมเข้าด้วยกัน

นี่หมายความว่าจักรวาลเองอาจรู้เรื่องหลุมหนอนที่เรายังไม่เข้าใจ เป็นไปได้ว่าพวกมันถูกสร้างขึ้นตามธรรมชาติในฐานะเป็นส่วนหนึ่งของบิกแบงเมื่อกาลอวกาศของทั้งจักรวาลถูกพันกันเป็นเอกเทศ

นักดาราศาสตร์ได้เสนอให้ค้นหาหนอนในอวกาศโดยค้นหาว่าแรงโน้มถ่วงของพวกมันบิดเบือนแสงจากดวงดาวข้างหลังพวกเขาอย่างไร ยังไม่มีใครเปิดใช้งาน

ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือหนอนหลุมปรากฏตามธรรมชาติเหมือนอนุภาคเสมือนจริงที่เรารู้ว่ามีอยู่จริง ยกเว้นสิ่งเหล่านี้จะมีขนาดเล็กเข้าใจยากในระดับพลังค์ คุณจะต้องยานอวกาศขนาดเล็ก

หนึ่งในนัยที่น่าสนใจที่สุดของหนอนเจาะเลือดคือพวกมันสามารถทำให้คุณเดินทางทันเวลา

นี่คือวิธีการทำงาน ก่อนอื่นสร้างเวิร์มในห้องแล็บ จากนั้นนำปลายหนอนไปวางไว้ในยานอวกาศและบินไปในอัตราร้อยละที่สำคัญของความเร็วแสงเพื่อให้การขยายเวลามีผล

สำหรับผู้คนบนยานอวกาศจะเกิดขึ้นเพียงไม่กี่ปีในขณะที่มันอาจเป็นหลายร้อยหรือหลายพันสำหรับผู้คนบนโลกใบนี้ สมมติว่าคุณสามารถรักษาความมั่นคงของหนอนเปิดและผ่านได้จากนั้นการเดินทางผ่านมันจะน่าสนใจ

หากคุณผ่านไปในทิศทางเดียวคุณไม่เพียง แต่จะย้ายระยะห่างระหว่างหนอน แต่ยังต้องถูกเคลื่อนย้ายไปยังเวลาที่หนอนกำลังประสบ ไปทิศทางเดียวและคุณก้าวไปข้างหน้าในเวลาไปทางอื่น: ย้อนเวลา

นักฟิสิกส์บางคนเช่นลีโอนาร์ดซัสคินด์คิดว่าสิ่งนี้จะไม่ได้ผลเพราะสิ่งนี้จะละเมิดหลักการพื้นฐานที่สำคัญที่สุดสองประการของฟิสิกส์: การอนุรักษ์พลังงานในท้องถิ่นและหลักการความไม่แน่นอนของเวลาพลังงาน

โชคไม่ดีที่ดูเหมือนว่าหนอนจริงๆจะต้องอยู่ในขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์ในอนาคตอันใกล้และอาจจะตลอดไป แม้ว่ามันจะเป็นไปได้ที่จะสร้างตัวหนอนคุณก็จะทำให้พวกมันมีความมั่นคงและเปิดกว้างและจากนั้นคุณก็ต้องหาวิธีที่จะยอมให้เรื่องเข้าไปโดยไม่ยุบตัวลง ถึงกระนั้นถ้าเราสามารถเข้าใจได้ว่ามันจะทำให้การเดินทางในอวกาศสะดวกสบายอย่างแน่นอน

เหมือนหลุมดำตัวหนอนเกิดขึ้นเป็นคำตอบที่ถูกต้องในสมการทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์และเหมือนหลุมดำวลีนี้ประกาศใช้ (ในปี 1957) โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันจอห์นวีลเลอร์ เช่นเดียวกับหลุมดำพวกเขาไม่เคยถูกสังเกตโดยตรง แต่พวกเขาปลูกพืชอย่างง่ายดายในทฤษฎีที่นักฟิสิกส์บางคนได้รับการสนับสนุนให้คิดว่าในที่สุดคู่แท้อาจถูกค้นพบหรือประดิษฐ์ขึ้นมา

ในปี 1916 นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย Ludwig Flamm ในขณะที่มองไปที่คำตอบของ Karl Schwarzschild ต่อสมการภาคสนามของ Einstein ซึ่งอธิบายหลุมดำในรูปแบบเฉพาะที่รู้จักกันในชื่อหลุมดำ Schwarzschild สังเกตว่าการแก้ปัญหาแบบอื่นนั้นเกิดขึ้นภายหลัง เป็นที่รู้จักกันในนาม "หลุมสีขาว" หลุมสีขาวเป็นเวลาที่ทฤษฎีกลับตัวของหลุมดำและในขณะที่หลุมดำทำหน้าที่เป็นสุญญากาศวาดในเรื่องใดก็ตามที่ตัดผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์หลุมสีขาวทำหน้าที่เป็นแหล่งที่มาซึ่งสสารสำคัญออกมาจากขอบฟ้าเหตุการณ์ของมัน บางคนคาดการณ์ว่ามีหลุมสีขาวที่ "อีกด้านหนึ่ง" ของหลุมดำทั้งหมดซึ่งทุกเรื่องที่หลุมดำดูดออกถูกพัดพาไปในจักรวาลทางเลือกบางแห่งและแม้กระทั่งสิ่งที่เราคิดว่าเป็นบิ๊กแบง ในความเป็นจริงเป็นผลมาจากปรากฏการณ์ดังกล่าว

Flamm ยังสังเกตเห็นว่าทั้งสองวิธีแก้ปัญหาซึ่งอธิบายถึงพื้นที่ที่แตกต่างกันสองแห่งของเวลาอวกาศสามารถเชื่อมโยงทางคณิตศาสตร์ได้ด้วยท่อร้อยสายเวลาและในทางทฤษฎีอย่างน้อยหลุมดำ "ทางเข้า" และหลุมสีขาว "ทางออก" อาจ อยู่ในส่วนต่าง ๆ โดยสิ้นเชิงของจักรวาลเดียวกันหรือแม้กระทั่งในจักรวาลที่แตกต่างกัน! ไอน์สไตน์เองสำรวจความคิดเหล่านี้เพิ่มเติมในปี 1935 พร้อมกับนาธานโรเซ็นและทั้งสองประสบความสำเร็จในการแก้ปัญหาที่รู้จักกันในชื่อสะพานไอน์สไตน์ - โรเซ็น (หรือเรียกอีกอย่างว่าหนอนหนอน Lorentzian หรือหนอนหนอนชวาร์ซไชลด์)

เพื่อให้เห็นภาพของหนอนได้ดีขึ้นลองพิจารณาการเปรียบเทียบของกระดาษแผ่นหนึ่งที่มีเครื่องหมายดินสอสองอันวาดอยู่ (เพื่อเป็นตัวแทนของจุดสองจุดในเวลาว่าง) เส้นแบ่งระหว่างพวกเขาแสดงระยะห่างจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งในอวกาศปกติ . หากกระดาษโค้งงอและพับเกือบสองเท่า (เทียบเท่ากับการแปรปรวนของอวกาศ - เวลา) จากนั้นก็ยื่นดินสอผ่านกระดาษเพื่อให้การเชื่อมโยงสองจุดนั้นสั้นลงมาก รูหนอน

นักทฤษฎีบางคนได้รับการสนับสนุนให้คิดว่าคู่แท้ที่แท้จริงอาจถูกค้นพบหรือประดิษฐ์ขึ้นมาและบางทีอาจใช้เป็นอุโมงค์หรือทางลัดสำหรับการเดินทางในอวกาศความเร็วสูงระหว่างจุดที่ห่างไกลหรือแม้กระทั่งเวลาเดินทาง (ด้วยความขัดแย้งที่อาจเกิดขึ้นทั้งหมด ) อย่างไรก็ตามคุณสมบัติที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปของตัวหนอนคือพวกมันมีความไม่แน่นอนสูงและอาจพังทลายในเวลาอันสั้นกว่าที่ใช้ในการผ่านไปอีกด้านหนึ่ง ไม่ว่าในกรณีใดก็ตามคาดการณ์ว่าพวกเขาจะพังทลายในทันทีหากจำนวนสสารน้อยที่สุด (แม้แต่โฟตอนเดียว) ก็พยายามที่จะผ่านพวกมันไป

แม้ว่าจะมีวิธีการเชิงทฤษฎีที่เป็นไปได้เกี่ยวกับปัญหานี้ได้รับการแนะนำ (ตัวอย่างเช่นการใช้ "สายจักรวาล" หรือ "เรื่องเชิงลบ" หรือเรื่องแปลกใหม่อื่น ๆ ด้วย "พลังงานเชิงลบ") เพื่อป้องกันไม่ให้หนอนปิดตัวลง ขอบเขตของนิยายวิทยาศาสตร์ในขณะนี้ อย่างไรก็ตามมันยังไม่ได้รับการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์โดยปราศจากข้อสงสัยว่าสสารที่แปลกใหม่บางชนิดที่มีความหนาแน่นพลังงานเชิงลบนั้นเป็นข้อกำหนดที่แน่นอนสำหรับหนอนและไม่ได้รับการยอมรับว่าสสารแปลกปลอมนั้นไม่มีอยู่จริงดังนั้นจึงเป็นไปได้ ทฤษฎียังคงอยู่

เนื่องจากตัวหนอนเป็นท่อผ่านอวกาศ 4 มิติไม่ใช่แค่ผ่านอวกาศสตีเฟ่นฮอว์คิงและคนอื่น ๆ ก็คิดว่าในทางทฤษฎีแล้วอาจนำไปใช้ประโยชน์ในการเดินทางผ่านรูหนอนได้ตลอดเวลาเช่นเดียวกับในอวกาศ การเดินทางสู่อดีตจะไม่มีทางเป็นไปได้เนื่องจากศักยภาพของความขัดแย้งและความคิดเห็นย้อนกลับทำลายตนเอง

เอกพจน์

ในใจกลางของหลุมดำคือภาวะเอกฐานความโน้มถ่วงจุดหนึ่งมิติซึ่งมีมวลขนาดใหญ่ในพื้นที่ขนาดเล็กที่ไม่มีที่สิ้นสุดความหนาแน่นและแรงโน้มถ่วงกลายเป็นเส้นโค้งที่ไม่มีที่สิ้นสุดและเวลาว่างในขอบเขตและกฎของฟิสิกส์ที่เรารู้จัก ในการดำเนินงาน ในขณะที่นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันที่มีชื่อเสียง Kip Thorne อธิบายว่ามันคือ“ จุดที่กฎของฟิสิกส์หมดไป”

ทฤษฎีปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าในขณะที่วัตถุตกลงไปในหลุมดำและเข้าใกล้ภาวะเอกฐานที่ศูนย์กลางมันจะยืดออกหรือ "spaghettified" เนื่องจากความแตกต่างที่เพิ่มขึ้นของแรงดึงดูดในส่วนต่าง ๆ ของมันก่อนที่จะสูญเสียมิติอย่างสมบูรณ์และ หายไปอย่างถาวรโดยไม่ได้เข้าสู่ภาวะเอกฐาน แม้ว่าผู้สังเกตการณ์ดูจากระยะไกลที่ปลอดภัยภายนอกจะมีมุมมองที่แตกต่างกันของเหตุการณ์ ตามทฤษฏีสัมพัทธภาพพวกเขาจะเห็นวัตถุเคลื่อนที่ช้าลงและช้าลงเมื่อมันเข้าใกล้หลุมดำจนกว่ามันจะหยุดนิ่งสนิทที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่เคยตกอยู่ในหลุมดำเลย

การดำรงอยู่ของความเป็นเอกเทศมักจะถูกนำมาใช้เป็นหลักฐานว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้พังทลายลงซึ่งอาจไม่ได้คาดคิดว่าจะเกิดขึ้นในสภาพที่ผลกระทบของควอนตัมควรจะมีความสำคัญ เป็นไปได้ว่าในอนาคตบางทฤษฎีรวมกันของแรงโน้มถ่วงควอนตัม (เช่นการวิจัยในปัจจุบันสู่ความเชื่อโชคลาง) อาจจะสามารถอธิบายหลุมดำโดยไม่จำเป็นต้องมีเอกฐาน แต่ทฤษฎีดังกล่าวยังคงอยู่อีกหลายปี

ตามสมมติฐาน "การเซ็นเซอร์จักรวาล" ความเป็นเอกเทศของหลุมดำยังคงซ่อนอยู่หลังเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์ในกรณีที่มันถูกล้อมรอบด้วยพื้นที่ที่ไม่อนุญาตให้แสงหลบหนีจึงไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวที่สมมติฐานอนุญาตให้ (เรียกว่าภาวะเอกฐาน "เปล่า") นั้นเป็นจุดเริ่มต้นของบิกแบงเอง

ดูเหมือนว่าเป็นไปได้ว่าโดยธรรมชาติแล้วเราจะไม่สามารถอธิบายหรือเข้าใจความเป็นเอกเทศที่ใจกลางหลุมดำได้อย่างเต็มที่ แม้ว่าผู้สังเกตการณ์สามารถส่งสัญญาณไปยังหลุมดำได้ แต่ไม่มีสิ่งใดในหลุมดำที่สามารถสื่อสารกับสิ่งภายนอกได้ดังนั้นความลับของมันจะปลอดภัยตลอดไป

Jyotiraditya