- กาลอวกาศคืออะไร?
- อุโมงค์ผ่านอวกาศ - เวลา
- ความไม่แน่นอนของรูหนอน
- ความแตกต่างระหว่างหลุมดำและรูหนอน
- ความหลากหลาย / ประเภทของรูหนอน
- หนอนจะเคยเห็นหรือไม่?
- อ้างอิง
หนอนในดาราศาสตร์และจักรวาลวิทยาเป็นทางเดินเชื่อมต่อสองจุดในผ้าของพื้นที่เวลา เช่นเดียวกับแอปเปิ้ลที่ร่วงหล่นเป็นแรงบันดาลใจให้กับทฤษฎีความโน้มถ่วงของไอแซกนิวตันในปี 1687 หนอนที่เจาะแอปเปิ้ลได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับทฤษฎีใหม่ ๆ เช่นกันในกรอบของความโน้มถ่วง
เช่นเดียวกับที่หนอนสามารถไปถึงจุดอื่นบนพื้นผิวของแอปเปิ้ลผ่านอุโมงค์รูหนอนในอวกาศก็เป็นทางลัดตามทฤษฎีที่ช่วยให้สามารถเดินทางไปยังส่วนที่ห่างไกลของจักรวาลได้โดยใช้เวลาน้อยลง
รูหนอนในเวลาอวกาศ: วิสัยทัศน์ทางศิลปะ ที่มา: Pixabay
มันเป็นความคิดที่จับและยังคงจับจินตนาการของหลาย ๆ ในขณะเดียวกันนักจักรวาลวิทยากำลังยุ่งอยู่กับการหาวิธีพิสูจน์การมีอยู่ของมัน แต่ในขณะนี้พวกเขายังคงเป็นเรื่องของการเก็งกำไร
เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับรูหนอนให้มากขึ้นความเป็นไปได้ที่จะเดินทางข้ามเวลาผ่านพวกมันและความแตกต่างที่มีอยู่ระหว่างรูหนอนและหลุมดำเราต้องดูที่แนวคิดเรื่องอวกาศ - เวลา
กาลอวกาศคืออะไร?
แนวคิดเกี่ยวกับเวลา - อวกาศมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับรูหนอน นั่นคือเหตุผลที่จำเป็นต้องสร้างก่อนว่ามันคืออะไรและลักษณะสำคัญของมันคืออะไร
กาลอวกาศเป็นที่ที่แต่ละเหตุการณ์ในจักรวาลเกิดขึ้น และในทางกลับกันจักรวาลก็เป็นจำนวนรวมของอวกาศและเวลาที่สามารถสร้างสสาร - พลังงานได้ทุกรูปแบบและอื่น ๆ …
เมื่อเจ้าบ่าวพบเจ้าสาวมันเป็นงาน แต่งานนี้มีพิกัดเชิงพื้นที่: สถานที่นัดพบ และพิกัดเวลา: ปีเดือนวันและเวลาของการประชุม
การเกิดของดาวฤกษ์หรือการระเบิดของซูเปอร์โนวาก็เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในห้วงอวกาศ
ตอนนี้ในพื้นที่ของจักรวาลที่ปราศจากมวลและปฏิสัมพันธ์กาลอวกาศจะแบน นั่นหมายความว่ารังสีแสงสองดวงที่เริ่มขนานกันจะดำเนินต่อไปเช่นนี้ตราบเท่าที่พวกมันยังคงอยู่ในพื้นที่นั้น อย่างไรก็ตามเพราะว่าแสงของเวลานั้นเป็นสิ่งที่คงอยู่ตลอดไป
แน่นอนว่าปริภูมิ - เวลาไม่ได้แบนเสมอไป จักรวาลประกอบด้วยวัตถุที่มีมวลที่ปรับเปลี่ยนเวลา - อวกาศทำให้เกิดความโค้งของเวลาอวกาศในระดับสากล
อัลเบิร์ตไอน์สไตน์เองที่ตระหนักในช่วงเวลาแห่งแรงบันดาลใจที่เขาเรียกว่า "ความคิดที่มีความสุขที่สุดในชีวิตของฉัน" ผู้สังเกตการณ์ที่เร่งความเร็วนั้นแยกไม่ออกจากสิ่งที่อยู่ใกล้กับวัตถุขนาดใหญ่ เป็นหลักการเทียบเท่าที่มีชื่อเสียง
และผู้สังเกตการณ์ที่เร่งความเร็วจะโค้งงออวกาศ - เวลานั่นคือเรขาคณิตแบบยุคลิดใช้ไม่ได้อีกต่อไป ดังนั้นในสภาพแวดล้อมของวัตถุขนาดใหญ่เช่นดาวฤกษ์ดาวเคราะห์กาแล็กซี่หลุมดำหรือจักรวาลนั้นเวลาอวกาศจะโค้งงอ
ความโค้งนี้มนุษย์รับรู้ว่าเป็นแรงที่เรียกว่าแรงโน้มถ่วงในชีวิตประจำวัน แต่ก็ลึกลับในเวลาเดียวกัน
แรงโน้มถ่วงเป็นสิ่งที่น่าพิศวงพอ ๆ กับแรงที่ดึงเราไปข้างหน้าเมื่อรถบัสที่เรากำลังเดินทางเบรกอย่างรวดเร็ว ราวกับว่าจู่ๆมีบางสิ่งที่มองไม่เห็นมืดและใหญ่โตสักครู่กำลังมาข้างหน้าและดึงดูดเราทันใดนั้นก็ขับเคลื่อนเราไปข้างหน้า
ดาวเคราะห์เคลื่อนที่เป็นวงรีรอบดวงอาทิตย์เนื่องจากมวลของมันก่อให้เกิดความหดหู่ในพื้นผิวอวกาศซึ่งทำให้ดาวเคราะห์โค้งตามเส้นทางของพวกมัน แสงยังโค้งตามเส้นทางของมันตามความหดหู่ในอวกาศที่เกิดจากดวงอาทิตย์
อุโมงค์ผ่านอวกาศ - เวลา
หากปริภูมิ - เวลาเป็นพื้นผิวโค้งโดยหลักการแล้วไม่มีสิ่งใดป้องกันไม่ให้พื้นที่หนึ่งเชื่อมต่อกับอีกพื้นที่หนึ่งผ่านอุโมงค์ การเดินทางผ่านอุโมงค์ดังกล่าวไม่เพียง แต่บ่งบอกถึงการเปลี่ยนสถานที่ แต่ยังมีความเป็นไปได้ที่จะไปช่วงเวลาอื่นอีกด้วย
ความคิดนี้เป็นแรงบันดาลใจให้กับหนังสือนิยายวิทยาศาสตร์ซีรีส์และภาพยนตร์หลายเรื่องรวมถึงซีรีส์อเมริกันชื่อดังในยุค 1960 "The Time Tunnel" และล่าสุด "Deep Space 9" จากแฟรนไชส์ Star Trek และภาพยนตร์ Interstellar ปี 2014
แนวคิดนี้มาจากตัว Einstein ซึ่งกำลังมองหาคำตอบสำหรับสมการภาคสนามของสัมพัทธภาพทั่วไปพบร่วมกับ Nathan Rosen ซึ่งเป็นวิธีการแก้ปัญหาทางทฤษฎีที่อนุญาตให้เชื่อมต่อพื้นที่ที่แตกต่างกันสองแห่งผ่านอุโมงค์ที่ทำหน้าที่เป็นทางลัด
วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวเรียกว่าสะพาน Einstein - Rosen และปรากฏในงานที่ตีพิมพ์ในปีพ. ศ. 2478
อย่างไรก็ตามคำว่า "รูหนอน" ถูกนำมาใช้เป็นครั้งแรกในปี 2500 โดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี John Wheeler และ Charles Misner ในการตีพิมพ์ในปีนั้น ก่อนหน้านี้มีการพูดถึง“ ท่อมิติเดียว” เพื่ออ้างถึงแนวคิดเดียวกันนี้
ต่อมาในปีพ. ศ. 2523 คาร์ลเซแกนกำลังเขียนนวนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง "Contact" ซึ่งเป็นหนังสือที่สร้างเป็นภาพยนตร์ในเวลาต่อมา ตัวเอกชื่อ Elly ค้นพบสิ่งมีชีวิตนอกโลกที่ชาญฉลาดห่างออกไป 25,000 ปีแสง Carl Sagan ต้องการให้ Elly เดินทางไปที่นั่น แต่ด้วยวิธีที่น่าเชื่อถือทางวิทยาศาสตร์
การเดินทางห่างออกไป 25,000 ปีแสงไม่ใช่เรื่องง่ายสำหรับมนุษย์เว้นแต่จะหาทางลัด หลุมดำไม่สามารถเป็นทางออกได้เนื่องจากเมื่อเข้าใกล้ความเป็นเอกฐานแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันจะฉีกยานอวกาศและลูกเรือออกจากกัน
ในการค้นหาความเป็นไปได้อื่น ๆ Carl Sagan ได้ปรึกษาผู้เชี่ยวชาญชั้นนำคนหนึ่งเกี่ยวกับหลุมดำในยุคนั้นคือ Kip Thorne ผู้ซึ่งเริ่มคิดถึงเรื่องนี้และตระหนักว่าสะพาน Einstein-Rosen หรือช่องหนอนของ วีลเลอร์เป็นทางออก
อย่างไรก็ตาม Thorne ยังตระหนักว่าการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์นั้นไม่เสถียรนั่นคืออุโมงค์จะเปิดออก แต่ไม่นานหลังจากนั้นก็บีบรัดและหายไป
ความไม่แน่นอนของรูหนอน
เป็นไปได้หรือไม่ที่จะใช้รูหนอนเพื่อเดินทางระยะไกลในอวกาศและเวลา?
นับตั้งแต่พวกมันถูกคิดค้นขึ้นมาหนอนได้ทำหน้าที่ในนิยายวิทยาศาสตร์มากมายเพื่อพาตัวเอกของพวกเขาไปยังสถานที่ห่างไกลและสัมผัสกับความขัดแย้งของเวลาที่ไม่ใช่เชิงเส้น
Kip Thorne พบวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สองวิธีสำหรับปัญหาความไม่เสถียรของรูหนอน:
- ผ่านควอนตัมโฟมที่เรียกว่า ที่ระดับพลังค์ (10 -35ม.) มีความผันผวนของควอนตัมที่สามารถเชื่อมต่อสองพื้นที่ของเวลาอวกาศผ่านไมโครช่องสัญญาณ อารยธรรมขั้นสูงที่สมมุติขึ้นอย่างมากสามารถหาวิธีที่จะขยายทางเดินให้กว้างขึ้นและยึดไว้ให้นานพอที่มนุษย์จะผ่านไปได้
- มวลเชิงลบ ตามการประมาณการที่ตีพิมพ์ในปี 1990 โดย Thorne เองสิ่งแปลกปลอมจำนวนมหาศาลนี้จะต้องมีเพื่อให้ปลายรูหนอนเปิดอยู่
สิ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับการแก้ปัญหาสุดท้ายนี้ก็คือไม่เหมือนกับหลุมดำคือไม่มีปรากฏการณ์เอกฐานหรือปรากฏการณ์ควอนตัมและการที่มนุษย์ผ่านอุโมงค์ประเภทนี้จะเป็นไปได้
ด้วยวิธีนี้รูหนอนไม่เพียง แต่อนุญาตให้เชื่อมต่อพื้นที่ห่างไกลในอวกาศเท่านั้น แต่ยังแยกออกจากกันในเวลาด้วย ดังนั้นจึงเป็นเครื่องจักรสำหรับการเดินทางในเวลา
Stephen Hawking ผู้อ้างอิงที่ยิ่งใหญ่ในจักรวาลวิทยาในตอนท้ายของศตวรรษที่ 20 ไม่เชื่อว่ารูหนอนหรือไทม์แมชชีนเป็นไปได้เพราะความขัดแย้งและความขัดแย้งมากมายที่เกิดขึ้นจากพวกเขา
สิ่งนี้ไม่ได้ทำให้จิตวิญญาณของนักวิจัยคนอื่น ๆ ลดลงซึ่งได้ชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่หลุมดำสองหลุมในพื้นที่ต่างๆของเวลาอวกาศจะเชื่อมต่อกันภายในด้วยรูหนอน
แม้ว่าสิ่งนี้จะใช้ไม่ได้จริงสำหรับการเดินทางข้ามเวลาในอวกาศเนื่องจากนอกเหนือจากความยากลำบากที่การเข้าสู่ความเป็นเอกฐานของหลุมดำจะนำมาซึ่งก็ไม่มีความเป็นไปได้ที่จะออกจากอีกด้านหนึ่งเนื่องจากเป็นหลุมดำอีกหลุมหนึ่ง
ความแตกต่างระหว่างหลุมดำและรูหนอน
เมื่อคุณพูดถึงรูหนอนคุณจะนึกถึงหลุมดำทันที
หลุมดำเกิดขึ้นตามธรรมชาติหลังจากการวิวัฒนาการและการตายของดาวฤกษ์ที่มีมวลวิกฤต
เกิดขึ้นหลังจากดาวหมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และเริ่มหดตัวกลับไม่ได้เนื่องจากแรงดึงดูดของมันเอง มันยังคงดำเนินต่อไปอย่างไม่ลดละจนกว่าจะเกิดการล่มสลายแบบที่ไม่มีอะไรใกล้กว่ารัศมีของขอบฟ้าเหตุการณ์ที่จะหลุดรอดออกไปได้แม้แต่แสง
เมื่อเปรียบเทียบแล้วรูหนอนเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยากซึ่งเป็นผลมาจากความผิดปกติของสมมุติฐานในความโค้งของปริภูมิ - เวลา ในทางทฤษฎีมันเป็นไปได้ที่จะผ่านมันไป
อย่างไรก็ตามหากมีคนพยายามจะผ่านหลุมดำแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงและการแผ่รังสีที่รุนแรงในบริเวณใกล้เคียงกับสภาวะเอกฐานจะทำให้มันกลายเป็นเกลียวบาง ๆ ของอนุภาคย่อยของอะตอม
มีเพียงหลักฐานทางอ้อมและทางตรงล่าสุดสำหรับการมีอยู่ของหลุมดำ ในบรรดาหลักฐานเหล่านี้ ได้แก่ การปล่อยและการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงโดยแรงดึงดูดและการหมุนของหลุมดำขนาดมหึมาสองหลุมซึ่งตรวจพบโดยหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง LIGO
มีหลักฐานว่ามีหลุมดำขนาดมหึมาที่ใจกลางดาราจักรขนาดใหญ่เช่นทางช้างเผือกของเรา
การหมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วของดวงดาวใกล้ศูนย์กลางรวมถึงการแผ่รังสีความถี่สูงจำนวนมหาศาลที่แผ่ออกมาจากที่นั่นเป็นหลักฐานทางอ้อมว่ามีหลุมดำขนาดใหญ่ที่อธิบายการปรากฏตัวของปรากฏการณ์เหล่านี้
เมื่อวันที่ 10 เมษายน 2019 โลกได้แสดงภาพถ่ายแรกของหลุมดำมวลมหาศาล (มวล 7 พันล้านเท่าของดวงอาทิตย์) ซึ่งตั้งอยู่ในกาแลคซีที่ห่างไกลมาก: Messier 87 ในกลุ่มดาวราศีกันย์ที่ 55 ล้าน ปีแสงจากโลก
ภาพถ่ายของหลุมดำนี้เกิดขึ้นได้จากเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ทั่วโลกที่เรียกว่า“ Event Horizon Telescope” โดยมีนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 200 คนจากทั่วโลกเข้าร่วม
ในทางกลับกันไม่มีหลักฐานของรูหนอนจนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจจับและติดตามหลุมดำได้ แต่รูหนอนก็ไม่สามารถทำได้เช่นเดียวกัน
ดังนั้นพวกมันจึงเป็นวัตถุสมมุติแม้ว่าจะเป็นไปได้ในทางทฤษฎีเนื่องจากหลุมดำก็เคยมีเช่นกัน
ความหลากหลาย / ประเภทของรูหนอน
แม้ว่าจะยังไม่ได้รับการตรวจพบหรืออาจเป็นเพราะเหตุนี้อย่างแม่นยำ แต่ก็มีการจินตนาการถึงความเป็นไปได้ที่แตกต่างกันสำหรับรูหนอน ทั้งหมดนี้เป็นไปได้ในทางทฤษฎีเนื่องจากเป็นไปตามสมการของไอน์สไตน์สำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นี่คือบางส่วน:
- ช่องว่างที่เชื่อมต่อสองพื้นที่และเวลาในจักรวาลเดียวกัน
- รูหนอนที่สามารถเชื่อมต่อจักรวาลหนึ่งกับจักรวาลอื่นได้
- สะพาน Einstein-Rosen ซึ่งสามารถผ่านจากช่องหนึ่งไปยังอีกช่องหนึ่งได้ แม้ว่าเรื่องนี้จะทำให้เกิดความไม่มั่นคง แต่ก็ทำให้อุโมงค์ถล่มลงมาเอง
- รูหนอนของ Kip Thorne ที่มีเปลือกทรงกลมของมวลลบ มีความเสถียรและเคลื่อนที่ได้ทั้งสองทิศทาง
- สิ่งที่เรียกว่ารูหนอน Schwarzschild ประกอบด้วยหลุมดำคงที่สองหลุมที่เชื่อมต่อกัน พวกมันไม่สามารถข้ามผ่านได้เนื่องจากสสารและแสงติดอยู่ระหว่างสุดขั้วทั้งสอง
- โหลดและ / หรือหมุนหรือช่องหนอนเคอร์ซึ่งประกอบด้วยสองหลุมดำแบบไดนามิกที่เชื่อมต่อภายในซึ่งเคลื่อนที่ได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น
- โฟมควอนตัมของอวกาศ - เวลาซึ่งมีอยู่ในทฤษฎีในระดับย่อยของอะตอม โฟมประกอบด้วยอุโมงค์ย่อยอะตอมที่ไม่เสถียรสูงซึ่งเชื่อมต่อโซนต่างๆ การทำให้เสถียรและขยายตัวจะต้องมีการสร้างพลาสมาควาร์ก - กลูออนซึ่งจะต้องใช้พลังงานในการสร้างเกือบไม่สิ้นสุด
- เมื่อไม่นานมานี้ด้วยทฤษฎีสตริงจึงมีการตั้งทฤษฎีรูหนอนที่สนับสนุนโดยสตริงจักรวาล
- หลุมดำที่พันกันแล้วแยกออกจากกันซึ่งเกิดเป็นหลุมอวกาศหรือสะพาน Einstein-Rosen ที่ยึดเข้าด้วยกันด้วยแรงโน้มถ่วง เป็นวิธีการแก้ปัญหาทางทฤษฎีที่เสนอในเดือนกันยายน 2013 โดยนักฟิสิกส์ Juan Maldacena และ Leonard Susskind
ทั้งหมดนี้เป็นไปได้อย่างสมบูรณ์แบบเนื่องจากไม่ขัดแย้งกับสมการสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์
หนอนจะเคยเห็นหรือไม่?
หลุมดำเป็นคำตอบทางทฤษฎีของสมการของไอน์สไตน์เป็นเวลานาน ไอน์สไตน์เองก็ตั้งคำถามถึงความเป็นไปได้ที่มนุษยชาติจะตรวจพบได้
Albert Einstein (1879-1955) ผู้เขียนทฤษฎีสัมพัทธภาพ ที่มา: Pixabay
ดังนั้นหลุมดำจึงยังคงเป็นเพียงการทำนายตามทฤษฎีเป็นเวลานานจนกว่าจะพบและอยู่ได้ นักวิทยาศาสตร์มีความหวังเดียวกันกับหนอนเจาะรู
เป็นไปได้มากว่าพวกเขาอยู่ที่นั่นด้วย แต่ยังไม่ได้เรียนรู้ที่จะค้นหา แม้ว่าตามการตีพิมพ์ล่าสุดหนอนจะทิ้งร่องรอยและเงาที่สังเกตได้แม้จะใช้กล้องโทรทรรศน์ก็ตาม
เชื่อกันว่าโฟตอนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ รูหนอนทำให้เกิดวงแหวนเรืองแสง โฟตอนที่อยู่ใกล้ที่สุดตกอยู่ข้างในและทิ้งเงาไว้เบื้องหลังซึ่งจะทำให้พวกมันแตกต่างจากหลุมดำ
จากข้อมูลของ Rajibul Shaikh นักฟิสิกส์จาก Tata Institute for Fundamental Research ในมุมไบในอินเดียชนิดของรูหนอนหมุนจะทำให้เกิดเงาที่ใหญ่และบิดเบี้ยวกว่าหลุมดำ
ในผลงานของเขา Shaikh ได้ศึกษาเงาทางทฤษฎีที่สร้างขึ้นโดยกลุ่มหนอนปั่นด้ายโดยมุ่งเน้นไปที่บทบาทสำคัญของรูคอในการสร้างเงาโฟตอนที่ช่วยให้สามารถระบุและแยกความแตกต่างจากหลุมดำได้
Shaikh ยังได้วิเคราะห์การพึ่งพาของเงาในการหมุนของรูหนอนและได้เปรียบเทียบกับเงาที่เกิดจากหลุมดำ Kerr ที่หมุนได้พบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ มันเป็นงานทางทฤษฎีที่สมบูรณ์
นอกเหนือจากนั้นในขณะนี้รูหนอนยังคงเป็นนามธรรมทางคณิตศาสตร์ แต่มีความเป็นไปได้ว่าบางส่วนจะถูกพบในไม่ช้า สิ่งที่อยู่ในขั้นรุนแรงอื่น ๆ ยังคงเป็นเรื่องของการคาดเดาในขณะนี้
อ้างอิง
- ความพัวพันของควอนตัมสามารถก่อให้เกิดแรงโน้มถ่วง นำมาจาก Cienciaaldia.com
- ความก้าวหน้าของฟิสิกส์ปีที่ 61 ฉบับเดือนกันยายน 2556 หน้า 781-811
- หนอน นำมาจาก wikipedia.org
- เวลาอวกาศ นำมาจาก wikipedia.org.
- เดวิดนีลด์ (2018) Crazy New Paper ชี้ให้เห็น Wormholes Cast Shadows ที่เราสามารถมองเห็นได้อย่างง่ายดายด้วยกล้องโทรทรรศน์ นำมาจาก sciencealert.com