Zwarte gaten en wormgaten zijn al lang een bekend kenmerk van veel sciencefictionfilms en tv-series, waarin ruimtereizigers ze gebruiken om direct door het heelal te reizen. Wat zijn zwarte gaten en wormgaten, hoe plausibel is reizen door tijd en ruimte? Welke ongelooflijke waarheid wordt getoond in sciencefictionfilms? Dit werd verteld door Russische natuurkundigen van de universiteiten van het "Project 5-100".
Wat is een zwart gat?
Natuurkundigen noemen een zwart gat een gebied in de ruimte-tijd met zo'n sterke zwaartekracht dat geen materie, energie of informatie (inclusief licht) dit gebied kan verlaten zodra het erin komt. Een zwart gat wordt in de ruimte begrensd door een waarnemingshorizon: de grens van een zwart gat waar geen object of straling kan ontsnappen. Waarnemers buiten het zwarte gat kunnen dus geen informatie krijgen over wat er zich binnenin afspeelt.
Volgens de algemene relativiteitstheorie wordt de geometrie van zwarte gaten beschreven door de vergelijkingen van Einstein, die de metriek van gekromde ruimte-tijd koppelen aan de eigenschappen van de materie die deze vult, en zwaartekracht is een manifestatie van de kromming van ruimte-tijd, zei een professor aan het Educational and Scientific Institute of Gravity and Cosmology aan de Peoples 'Friendship University of Russia (RUDN University) Kirill Bronnikov.
“Wetenschappers hebben theoretisch vele soorten zwarte gaten beschreven. Ze verschillen in de aanwezigheid of afwezigheid van rotatie, elektrische lading en andere mogelijke parameters. Er wordt aangenomen dat zwarte gaten kunnen ontstaan door de ineenstorting van vrij zware sterren in de laatste fase van hun evolutie of door fluctuaties van superdense materie in het vroege heelal,”zei hij.
Volgens hem is het onmogelijk om een zwart gat te zien, aangezien een externe waarnemer geen informatie rechtstreeks van de waarnemingshorizon kan ontvangen. Daarom kan een zwart gat zich slechts indirect manifesteren - door de kromming van lichtstralen die dichtbij passeren, door elektromagnetische straling van de omringende materie die erin valt, enz.
Wetenschappers begrijpen nog steeds niet wat de binnenste regionen van zwarte gaten, verborgen onder de waarnemingshorizon, zijn. Volgens de meeste modellen van zwarte gaten in de algemene relativiteitstheorie, moeten ze "singulariteiten" hebben - punten, lijnen of oppervlakken met oneindig grote waarden van de kromming van ruimte-tijd, evenals de dichtheid en druk van materie. Veel onderzoekers zijn echter van mening dat dit in werkelijkheid niet kan.
Promotie video:
"Hier worden we geconfronteerd met de limiet van toepasbaarheid van onze klassieke ideeën over ruimte-tijd en betreden we het onbekende gebied van de nog niet geconstrueerde kwantumtheorie", merkte Kirill Bronnikov op.
Hij sprak over de mogelijkheid van het bestaan van een ander type zwart gat - het zogenaamde "zwarte universum". Van buitenaf kan het eruit zien als elk ander zwart gat. Een waarnemer die erin is binnengedrongen en de waarnemingshorizon oversteekt, valt niet in een singulariteit, maar in een nieuw uitbreidend universum.
Op zoek naar zwarte gaten
Begin 2019 werd het observatieprogramma van de grond-ruimte-interferometer Radioastron voltooid, met een resolutie die duizenden keren hoger is dan die van de beroemde Hubble-ruimtetelescoop. "Radioastron" is een paar dozijn van de krachtigste radiotelescopen op de grond en een ruimteobservatorium, verbonden met behulp van speciale algoritmen tot een virtuele "plaat" met een diameter die veel groter is dan onze planeet.
Radioastron stelde Russische astronomen in staat om duidelijke observaties te vinden van het bestaan in het centrum van de melkweg OJ287 in het sterrenbeeld Kreeft van een paar superzware zwarte gaten die op korte afstand van elkaar in een baan om de aarde cirkelen, zei het hoofd van het laboratorium voor fundamenteel en toegepast onderzoek naar relativistische objecten in het heelal van het Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT) Yuri Kovalev.
“Onze waarnemingen passen goed bij de voorspellingen van het OJ287 binaire zwart gat-model. Met behulp van de Millimetron-grond-ruimte-interferometer zijn we van plan in de toekomst de schaduwen en de nabijheid van zwarte gaten in onze en andere sterrenstelsels bij kortere golflengten te bestuderen. Het zal ook helpen bij het testen van het theoretische begrip van het bestaan van andere objecten - "wormgaten", "zei hij.
Tunnels naar andere afmetingen
"Wormgaten" (het Engelse equivalent van de naam - wormgaten of wormgaten) zijn de meest intrigerende objecten in het heelal, waarover wetenschappers debatteren over het bestaan. Dit zijn configuraties van ruimte-tijd in de vorm van een soort tunnels tussen verre regio's van ons universum of zelfs tussen verschillende universums.
“Wormgaten lijken op zwarte gaten, omdat het gelokaliseerde objecten zijn met voldoende zwaartekracht en kromming van de ruimte. Maar, in tegenstelling tot zwarte gaten, hebben ze geen "valstrik" - een waarnemingshorizon, en daarom laten ze theoretisch niet alleen "binnenkomst", maar ook "uitgang" toe. Dat wil zeggen, je kunt ze doorlopen en terugkomen”, zegt Sergei Rubin, professor aan de National Research Nuclear University MEPhI (NRNU MEPhI).
Ondanks het feit dat wormgaten de algemene relativiteitstheorie niet tegenspreken en door sommige kosmologische theorieën worden voorspeld, zijn de echte kandidaten voor de rol van dergelijke objecten nog onbekend. Bovendien impliceren wormgaten een zeer atypische ruimte-tijd geometrie, die materie met exotische eigenschappen (bijvoorbeeld met een negatieve energiedichtheid) nodig heeft om te behouden.
"De ontdekking van wormgaten in de natuur of hun creatie in het laboratorium zou een echte revolutie betekenen in de fysica van ruimte-tijd", benadrukte de wetenschapper.
Sergei Rubin deelt het vertrouwen van astronoom Heino Falke niet dat de recente beelden van het zwarte gat in het centrum van het M87-sterrenstelsel, verkregen in het Event Horizons Telescope-project, het bestaan van tunnels in de structuur van ruimte-tijd kunnen bevestigen. Voor definitieve conclusies is er niet voldoende meetnauwkeurigheid.
Tegelijkertijd helpen theoretische ideeën over deze objecten wetenschappers om de aard van ruimte-tijd en zwaartekracht beter te begrijpen.
Hoe kom je in een wormgat?
Niet alle sciencefictionfilms over tunnels naar andere dimensies zijn verre van moderne wetenschappelijke theorieën, zegt professor Artem Yurov van de Immanuel Kant Baltic Federal University (IKBFU).
“In de film Interstellar komt de informatie over zwarte gaten en extra ruimtes overeen met wetenschappelijke ideeën. Dit is niet verrassend, aangezien de wetenschappelijk adviseur van de film de Nobelprijswinnende zwart gat natuurkundige Kip Thorne was. Hij was het die het idee van het bestaan van wormgaten nieuw leven inblies,”zei hij.
Volgens Artem Yurov, hoewel wormgaten zijn toegestaan door de wetten van de fysica, kunnen ze niet vanzelf ontstaan. Ze kunnen echter worden gebouwd door een beschaving die technisch en wetenschappelijk buitengewoon ontwikkeld is.
"Dit hoeft niet te verbazen, uiteindelijk kan een Toyota-auto ook niet spontaan verschijnen, zelfs niet als je tientallen miljarden jaren wacht - hij moet gemaakt worden", zei hij.
Tegenwoordig denken natuurkundigen na over de mogelijkheid om wormgaten te vormen die niet snel uiteenvallen, en om ze groot genoeg te maken zodat zelfs moleculen erin passen en niet instorten.
“Het is hypothetisch mogelijk om het menselijk genoom door een wormgat te sturen. Volgens berekeningen zijn er ook trechters in extra afmetingen, maar ze zijn nog steeds vrij klein, 10 tot min 31 graden van centimeter,”zei Sergei Rubin.
Volgens de wetenschapper is het hypothetisch mogelijk om in de toekomst via een wormgat de mensheid van een stervend universum naar een ander te sturen, die net begint te leven. Om dit te doen, is het niet nodig om een persoon fysiek daarheen te sturen - je kunt daar informatie naartoe sturen, op basis waarvan onze beschaving onafhankelijk zal worden hersteld in het nieuwe universum.
