Mullvadshål

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 14 mars 2022; kontroller kräver 7 redigeringar .

Wormhole , eller " maskhål ", "molewell" [1] , såväl som "maskpassage" eller "maskhål" (det senare är en bokstavlig översättning av engelskan  maskhål ) är ett topologiskt särdrag i rum-tid , som är en " tunnel" vid varje tidpunkt i rymden. Dessa områden kan vara både anslutna och utöver maskhålet, representerande områden i ett enskilt utrymme (se ett exempel i figuren nedan), eller helt frånkopplade, representerande separata utrymmen som endast är anslutna till varandra genom ett maskhål.

Maskhål överensstämmer med allmän relativitetsteori . Begreppet ett maskhål, inklusive dess namn (maskhål), introducerades i fysiken av den amerikanske fysikern John Archibald Wheeler .

Visualisering

För en förenklad representation av ett maskhål representeras rymden som en tvådimensionell (2D) yta. I det här fallet kommer maskhålet att visas som ett hål i denna yta, övergå till ett 3D -rör (den inre ytan av en cylinder ) och sedan dyka upp någon annanstans på 2D-ytan med ett hål som ser ut som en ingång. Skillnaden mellan ett riktigt maskhål skulle vara i antalet rumsliga dimensioner, av vilka det skulle finnas tre. Till exempel, istället för runda inlopp och utlopp i ett 2D-plan , skulle det finnas sfärer i 3D-rymden .

Ett annat sätt att tänka på maskhål är att ta ett pappersark och rita två avlägsna prickar på ena sidan av arket. Pappersarket representerar ett plan i rumtidskontinuumet , och de två punkterna representerar avståndet som ska tillryggaläggas. Men teoretiskt sett kan ett maskhål förbinda dessa två punkter om du viker detta plan så att punkterna nuddar varandra. Eftersom de två punkterna nu rör varandra blir det mycket lättare att korsa distansen.

Maskhål i allmän relativitetsteori

Den allmänna relativitetsteorin (GR) tillåter existensen av sådana tunnlar, även om förekomsten av ett genomkörbart maskhål kräver att det fylls med exotisk materia med en negativ energitäthet [2] , vilket skapar en stark gravitationsrepulsion och förhindrar hålet från att kollapsar. Lösningar av maskhålstyp uppstår i olika versioner av kvantgravitation , även om problemet fortfarande är mycket långt ifrån att vara fullständigt undersökt.

Området nära den smalaste delen av maskhålet kallas "strupen". Maskhål är uppdelade i " intra -  universum " och  " inter-universum ", beroende på om det är möjligt att ansluta dess ingångar med en kurva som inte korsar halsen.

Det finns också framkomliga ( engelska  traversable ) och oframkomliga mullvadshögar. De senare inkluderar de tunnlar som kollapsar för snabbt för en observatör eller signal (med en hastighet som inte är högre än ljuset) att ta sig från en ingång till en annan. Ett klassiskt exempel på ett oframkomligt maskhål är Einstein-Rosen-bron i det mest utvidgade Schwarzschild-utrymmet , och ett framkomligt maskhål är ett Morris-Thorn-maskhål .

Ett genomkörbart maskhål inom världen ger den hypotetiska möjligheten till tidsresor [3] om till exempel en av dess ingångar rör sig i förhållande till den andra, eller om den befinner sig i ett starkt gravitationsfält , där tidens gång saktar ner. Dessutom kan maskhål hypotetiskt skapa en möjlighet för interstellära resor, och som sådan finns maskhål ofta i science fiction .

Maskhål och exotisk materia

För att förstå varför exotisk materia behövs , överväg den inkommande signalen från en ljusfront som rör sig längs geodetik som korsar maskhålet och expanderar på andra sidan. Expansionen går från negativ till positiv. Enligt Raychaudhuris optiska teoremdetta kräver brott mot medelvärdet för nollenergitillståndet. Kvanteffekter, såsom Casimir-effekten , kan inte bryta mot det genomsnittliga nolltillståndet för energi i något område av rymden med noll krökning [4] , utan beräkningar i semiklassisk gravitationtyder på att kvanteffekter kan bryta mot detta tillstånd i krökt rum-tid [5] . Trots detta har det föreslagits att kvanteffekter inte kan bryta mot den akronala versionen av det genomsnittliga nollenergitillståndet [6] , men kränkningar har ändå hittats [7] , så möjligheten förblir öppen att kvanteffekter kan användas för att stödja maskhålet .

Wormhole metrics

Wormhole metriska teorier beskriver rumtidsgeometrin för ett maskhål och fungerar som teoretiska modeller för tidsresor. Till exempel kan en genomgångsbar maskhålsmetrik se ut så här:

En typ av ogenomtränglig maskhålsmetrik är Schwarzschild-lösningen:

Maskhål och kvantintrassling

I en artikel som publicerades i den tyska tidskriften Fortschritte der Physik 2013, konstaterade Maldacena och Susskind att ett maskhål - tekniskt sett en Einstein-Rosen-bro , eller ER - är den rumsliga motsvarigheten till kvantentanglement . Detta löste brandväggsproblemet . [8] [9]

Tidsresor

Om det finns genomkörbara maskhål kan de tillåta tidsresor [10] . En föreslagen tidsmaskin som använder ett genomflyttbart maskhål skulle hypotetiskt fungera enligt följande: ena änden av maskhålet accelereras till nästan ljushastighet, möjligen av något slags avancerat framdrivningssystem , och återgår sedan till sin startpunkt. Ett annat sätt är att ta en ingång till maskhålet och flytta den in i gravitationsfältet för ett föremål med mer gravitation än den andra ingången, och sedan återföra den till en position nära den andra ingången. För båda dessa metoder gör tidsutvidgningen att den rörliga änden av maskhålet åldras mindre eller blir "yngre" för den yttre observatören. Eftersom tiden är kopplad genom maskhålet annorlunda än utanför , kommer de synkroniserade klockorna i vardera änden av maskhålet alltid att förbli synkroniserade för en observatör som passerar genom maskhålet, oavsett ändarnas rörelse [11] :502 . Detta innebär att en observatör som går in i den "unga" delen kommer att lämna den "äldre" delen vid en tidpunkt som är lika med den "yngre" delens ålder, vilket kommer att visa ett annat tidsförlopp från en extern observatörs synvinkel. En betydande begränsning av en sådan tidsmaskin är att det är möjligt att ändra kursen i tid endast fram till det ögonblick då denna maskin skapas. Det är i alla fall inte möjligt att passera genom maskhål före händelsen att man kommer in i själva maskhålet, även om ingången och utgången till maskhålet ligger i närheten. [11] :503 .

1993 hävdade Matt Visser att två maskhålsmynningar med en sådan inducerad klockskillnad inte kunde kombineras utan att inducera ett kvantfält och gravitationseffekter som antingen skulle förstöra maskhålet eller att de två munnarna skulle stöta bort varandra [12] , eller på annat sätt, det kommer att vara omöjligt att överföra information genom maskhålet [13] . På grund av detta kan de två utgångarna inte placeras tillräckligt nära för att skapa ett kausalitetsbrott . Men i en tidning från 1997 föreslog Visser att den komplexa konfigurationen av " Romans ring” (uppkallad efter Tom Roman) av N maskhål ordnade i en symmetrisk polygon kan fortfarande fungera som en tidsmaskin, även om han drog slutsatsen att detta med största sannolikhet är ett fel i den klassiska kvantteorin om gravitation, och inte ett bevis på att det är en möjlig kränkning av kausalitet [14] .

Resa mellan universum

En möjlig lösning på paradoxerna till följd av tidsresor genom maskhål är baserad på många världars tolkning av kvantmekaniken .

1991 visade David Deutsch att kvantteorin är helt konsistent (i den meningen att den så kallade densitetsmatrisen kan göras diskontinuerlig) i rumstider med stängda tidsliknande kurvor. [15] Men det visades senare att en sådan modell av en stängd tidsliknande kurva kan ha interna motsägelser, eftersom den skulle leda till så konstiga fenomen som separationen av icke-ortogonala kvanttillstånd och separationen av egen- och olämpliga blandningar. [16] [17] Följaktligen förhindras den destruktiva positiva återkopplingen av virtuella partiklar som cirkulerar genom maskhålet, vilket är resultatet av halvklassiska beräkningar. En partikel som återvänder från framtiden återvänder inte till sitt ursprungliga universum, utan till ett parallellt universum. Detta tyder på att den maskhålsbaserade tidsmaskinen är en teoretisk bro mellan samtidiga parallella universum. [arton]

Eftersom en maskhålsbaserad tidsmaskin introducerar en typ av icke-linjäritet i kvantteorin, överensstämmer denna typ av kommunikation mellan parallella universum med Joseph Polchinskis förslag för Everett-telefonen [ 19] (uppkallad efter Hugh Everett ) i Steven Weinbergs formulering av icke-linjär kvantmekanik . [tjugo]

Möjligheten till kommunikation mellan parallella universum har kallats för interuniversell resor . [21]

Personer som bidragit till utvecklingen av teorin

• John Archibald Wheeler . Han introducerade själva begreppet ett maskhål i fysiken, inklusive dess namn (maskhål). Han utvecklade teorin om laddning utan laddning , enligt vilken det inte finns någon elektrisk laddning som ett separat ämne, och vad vi uppfattar som laddade partiklar är halsarna på mikroskopiska mullvadskullar genomborrade av ett elektriskt fält [22] .
• Kip Thorne och Michael Morris. Uppmärksamhet uppmärksammades på sambandet mellan förekomsten av maskhål och kränkning av kausalitet.
• Matt Visser. Publicerade en landmärkebok, Lorentzian wormholes: from Einstein to Hawking , som sammanfattar utvecklingen av maskhålsteorin fram till 1995.
• Sergey Sushkov. Föreslog idén om ett självförsörjande maskhål , som hålls från att kollapsa av vakuumpolarisering orsakad av det hålets geometri.
• Sergei Krasnikov visade att tomma maskhål som har sitt ursprung i det tidiga universum kan förbli traverserbara under makroskopisk tid på grund av Sushkov-mekanismen.
• Nikolai Semyonovich Kardashev populariserade idén att i mitten av galaxer finns det inte massiva svarta hål, utan maskhåls mynningar [23] .

Anteckningar

1. ↑ slovar.cc/rus/efremova-talk/298087.html
2. ↑ Space-Journal: Wormhole . Hämtad 6 november 2011. Arkiverad från originalet 16 februari 2012. (obestämd)
3. ↑ Green, Brian . Rymdtyg. Rymden, tiden och verklighetens struktur . - M .: Bokhuset "LIBRCOM", 2009. Sid. 464-471.
4. ↑ Fewster CJ , Olum KD , Pfenning MJ Genomsnittligt nollenergitillstånd i rumstider med gränser  // Phys. Varv. D. - 2007. - Vol. 75, nr. 2. - doi : 10.1103/PhysRevD.75.025007 . Arkiverad från originalet den 6 mars 2019.
5. ↑ Visser M. Gravitationsvakuumpolarisation. II. Energiförhållanden i Boulware-vakuumet  // Physical Review D. - Vol. 54, nr. 8. doi : 10.1103/PhysRevD.54.5116 . Arkiverad från originalet den 6 mars 2019.
6. ↑ Graham N. , Olum KD Akronal medelvärde för nollenergitillstånd  // Physical Review D. - 2007. - Vol. 76, nr. 6. - doi : 10.1103/PhysRevD.76.064001 . Arkiverad från originalet den 6 mars 2019.
7. ↑ Urban D. , Olum KD Spacetime medelvärde för nollenergitillstånd  // Physical Review D. - 2010. - Vol. 81, nr. 6. doi : 10.1103/PhysRevD.81.124004 . Arkiverad från originalet den 10 december 2021.
8. ↑ Kvantintrassling och maskhål kan vara nära besläktade . hej-news.ru. Hämtad 11 oktober 2015. Arkiverad från originalet 12 oktober 2015. (obestämd)
9. ↑ Juan Maldacena Svarta hål, maskhål och kvantrum-tidens hemligheter // I vetenskapens värld . - 2017. - Nr 1/2. - S. 82-89.
10. ↑ Michael; Morris. Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition  (engelska)  // Physical Review Letters  : journal. - 1988. - Vol. 61 , nr. 13 . - P. 1446-1449 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.61.1446 . - . — PMID 10038800 .
11. ↑ 12 Kip S. Thorne . Svarta hål och tidsförskjutningar. - W. W. Norton , 1994. - ISBN 978-0-393-31276-8 .
12. ↑ Matt . Från maskhål till tidsmaskin: Kommentarer till Hawkings Chronology Protection Conjecture  // Physical Review D  : journal  . - 1993. - Vol. 47 , nr. 2 . - S. 554-565 . - doi : 10.1103/PhysRevD.47.554 . — . - arXiv : hep-th/9202090 .
13. ↑ Visser, Matt (2002), The quantum physics of chronology protection, arΧiv : gr-qc/0204022 . 
14. ↑ Matt . Traverserbara maskhål: den romerska ringen  (engelska)  // Physical Review D  : journal. - 1997. - Vol. 55 , nr. 8 . - P. 5212-5214 . - doi : 10.1103/PhysRevD.55.5212 . — . - arXiv : gr-qc/9702043 .
15. ↑ David; Deutsch. Quantum Mechanics Near Closed Timelike Lines  (engelska)  // Physical Review D  : journal. - 1991. - Vol. 44 , nr. 10 . - doi : 10.1103/PhysRevD.44.3197 . - .
16. ↑ Brun et al. Lokaliserade slutna tidsliknande kurvor kan perfekt särskilja kvanttillstånd  // Physical Review Letters  : journal  . - 2009. - Vol. 102 , nr. 21 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.102.210402 . - . - arXiv : 0811.1209 . — PMID 19519086 .
17. ↑ Pati. Rening av blandade tillstånd med stängd tidsliknande kurva är inte möjlig  // Fysisk översyn A  : journal  . - 2011. - Vol. 84 , nr. 6 . - doi : 10.1103/PhysRevA.84.062325 . - . - arXiv : 1003.4221 .
18. ↑ Rodrigo, Enrico. Stargates fysik. - Eridanus Press, 2010. - S. 281. - ISBN 978-0-9841500-0-7 .
19. ↑ Joseph; Polchinski. Weinbergs ickelinjära kvantmekanik och Einstein-Podolsky-Rosen-paradoxen  (engelska)  // Physical Review Letters  : journal. - 1991. - Vol. 66 , nr. 4 . - S. 397-400 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.66.397 . - . — PMID 10043797 .
20. ↑ Enrico Rodrigo, The Physics of Stargates: Parallel Universes, Time Travel, and the Enigma of Wormhole Physics , Eridanus Press, 2010, s. 281.
21. ↑ Samuel Walker, "Interuniversell resa: Jag skulle inte börja härifrån Arkiverad 26 oktober 2019 på Wayback Machine , New Scientist (1 februari 2017).
22. ↑ Grön, 2021 , Förstörelse av svarta hål.
23. ↑ Ponizovkin A. Akademiker N.S. Kardashev: "Astrofysik förenar mänskligheten" // Uralvetenskap. - 2015. - Nr 3 (1112).

Litteratur

• Brian Green. I det oändliga. Medvetande, materia och sökandet efter mening i ett föränderligt universum = Brian Greene. Until the End of Time: Mind, Matter, and Our Search for Meaning in an Evolving Universe.. - M. : Alpina facklitteratur, 2021. - 548 s. - ISBN 978-5-00139-343-6 .
• DeBenedictis, Andrew och Das, A. Om en allmän klass av maskhålsgeometrier . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Dzhunushaliev, Vladimir. Strängar i Einsteins paradigm av materia . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Einstein A. , Rosen N. Partikelproblemet i den allmänna relativitetsteorin  // Phys. Varv. - 1935. - Vol. 48. - S. 73-77.
• Fuller RW , Wheeler JA Causality and Multiply Connected Space-Time  // Phys. Varv. - 1962. - Vol. 128, nr 2. - P. 919-929.
• Garattini, Remo. Hur Spacetime Foam modifierar tegelväggen . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• González-Díaz, Pedro F. Quantum tidsmaskin . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• González-Díaz, Pedro F. Ringhål och slutna tidsliknande kurvor . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Khatsymosky, Vladimir M. Mot möjligheten av ett självupprätthållet vakuumpassagerbart maskhål . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Krasnikov, Serguei. Motexempel till en kvantojämlikhet . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Krasnikov, Serguei. Kvantojämlikheterna förbjuder inte rumtidsgenvägar . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Li, Li-Xin. Två öppna universum sammankopplade av ett maskhål: Exakta lösningar . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Morris M. , Thorne K. , Yurtsever U. Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition  // Physical Review Letters. - 1988. - Vol. 61, nr. 13. - P. 1446-1449. - .
• Morris MS , Thorne KS Maskhål i rumtiden och deras användning för interstellära resor: Ett verktyg för att lära ut allmän relativitetsteori  // American Journal of Physics. - 1988. - Vol. 56. - s. 395-412. Arkiverad från originalet den 1 juli 2011. .
• Nandi, Kamal K. och Zhang, Yuan-Zhong. En kvantbegränsning för den fysiska livskraften hos klassiska traverserbara Lorentziska maskhål . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Ori, Amos. En ny tidsmaskinmodell med kompakt vakuumkärna . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Roman, Thomas, A. Några tankar om energiförhållanden och maskhål . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Theo, Edward. Roterande tvärgående maskhål . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Visser, Matt. Kronologiskyddets kvantfysik av Matt Visser. . arXiv skrivarserver . Hämtad: 12 augusti 2005. (obestämd)
• Visser M. Traverserbara maskhål: Några enkla exempel  // Phys. Varv. D. - 1989. - Vol. 39, nr. 10. - P. 3182-3184. - doi : 10.1103/PhysRevD.39.3182 .

Länkar

• Winter K. Wormhole "- tidens korridor . Roskosmos tv-studio (12 november 2011). (obestämd)
• Vad är egentligen ett "maskhål"? Har det bevisats att det finns maskhål eller är de fortfarande teoretiska?  (engelska) . Scientific American, en division av Nature America, Inc. (15 september 1997).
• Visser M. Varför maskhål? . Artiklar  av allmänt intresse . Victoria University of Wellington, Nya Zeeland (3 oktober 1996) .
• Aktuell teori om att skapa maskhål .  Idéer baserade på vad vi vill uppnå . NASA.gov . _
• Rodrigo E. Frågor och svar om maskhål  ( 2005).
• Müller Th. Visualisering av ett Morris-Thorne maskhål . Institut für Visualisierung und Interaktive Systeme  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . Universität Stuttgart . Datum för åtkomst: 15 februari 2015. Arkiverad från originalet den 19 juli 2011.

Tematiska platser	Jättebomb
Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor norsk Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	BNF : 159222287 GND : 1141807319 J9U : 987007532742605171 LCCN : sh2004010731 SUDOC : 131066986

Svarta hål
Typer	Schwarzschild roterande laddad Roterande laddad extrem Virtuell
Mått	Plankovskaya Elektronisk stjärnmassa medelvikt supermassiv kvasar Aktiva galaktiska kärnor Lacertida Stor grupp av kvasarer
Utbildning	Stjärnans utveckling Kollaps vit dvärg Chandrasekhar gräns neutronstjärna Oppenheimer-Volkov gräns kvarkstjärna preon stjärna Supernova Hypernova gammasprängning
Egenskaper	händelsehorisont Termodynamik för svarta hål Gravitationsradie fotonsfär Ergosfär Penrose process Blanfordprocessen - Znaeka Bondi-tillväxt spaghettifiering Gravity lins M-sigma-förhållande Kvasiperiodiska svängningar Hawking-strålning Försvinnande av information i ett svart hål
Modeller	Membran paradigm Gravitationssingularitet Ring Singularitet ursprungligt svart hål Gravastar Mörk stjärna mörk energistjärna Svart stjärna Ständigt kollapsande magnetosfär Fazball Naken singularitet vitt hål Mullvadshål Immirji-parameter Kugelblitz Quasistar Planck stjärna Casp Bacalla - Wolfa
teorier	Penrose-Hawking singularitetsteorem Ingen hårsats Informationsparadox Principen om kosmisk censur Icke singulära modeller av svarta hål Holografisk princip Svarta håls komplementaritet
Exakta lösningar i allmän relativitetsteori	Schwarzschild Kerra Reisner-Nordström Kerr-Newman Exakt svart hål lösning
Relaterade ämnen	Lista över svarta hål Lista över kvasarer Krönika av svarta håls fysik RXTE Hyperkompakt stjärnsystem singularitetsreaktor Numerisk relativitet Gravitationsvågor
Kategori:Svarta hål

Tidsresa
Allmänna termer och begrepp	Kronologisk säkerhetshypotes Stängd tidsliknande kurva Novikovs självkonsekvensprincip Självuppfyllande profetia Tidsresa Kvantmekanik för tidsresor Tidsresor i skönlitteratur
Tidens paradoxer	Paradoxen med den döde farfar kausal loop Tidsslinga Predestinationens paradox Tvillingparadox
Parallella tidslinjer	alternativ historia Alternativ framtid Många världar tolkning multiversum Parallella världar
Filosofi om rum och tid	Fjärilseffekten Determinism evigheten Fatalism fri vilja Predestination
Utrymmen i GR som kan innehålla stängda tidsliknande linjer	Mullvadshål Gödel metrisk Kerr-mått Mizner utrymme Bubbla Alcubierre van stokum damm TARDIS Trumpet Krasnikov Tippercylinder Svart hål BTZ
Urban legender om tidsresor	Moberly-Jourdain incident Philadelphia experiment Montauk-projektet Kronovisor Billy Mayer Rudolf Fentz John Titor