Madonreikä , tai " madonreikä ", "molewell" [1] , samoin kuin "madonreikä" tai "madonreikä" (jälkimmäinen on kirjaimellinen käännös englanninkielisestä madonreiästä ) on avaruus-ajan topologinen ominaisuus , joka on " tunneli" joka hetki avaruudessa. Nämä alueet voivat olla sekä yhdistettyjä että madonreiän lisäksi yhden tilan alueita edustavia (katso esimerkki alla olevasta kuvasta) tai kokonaan irrotettuja, edustaen erillisiä tiloja, jotka on kytketty toisiinsa vain madonreiän kautta.
Madonreiät ovat yleisen suhteellisuusteorian mukaisia . Madonreiän käsitteen, mukaan lukien sen nimen (madonreikä), toi fysiikkaan amerikkalainen fyysikko John Archibald Wheeler .
Madonreiän yksinkertaistettua esitystä varten avaruus esitetään kaksiulotteisena (2D) pinnana. Tässä tapauksessa madonreikä näkyy tässä pinnassa olevana reikänä, joka muuttuu 3D -putkeksi ( sylinterin sisäpinnaksi ) ja ilmestyy sitten uudelleen muualle 2D-pinnalle reiällä, joka näyttää sisäänkäynniltä. Ero todellisen madonreiän välillä olisi tilaulottuvuuksien lukumäärässä, joita olisi kolme. Esimerkiksi 2D-tasossa olevien pyöreiden tulo- ja ulostuloaukkojen sijaan 3D-avaruudessa olisi palloja .
Toinen tapa ajatella madonreikiä on ottaa paperiarkki ja piirtää kaksi etäällä olevaa pistettä arkin toiselle puolelle. Paperiarkki edustaa tasoa aika- avaruuden jatkumossa ja kaksi pistettä edustavat kuljetettavaa etäisyyttä. Kuitenkin teoriassa madonreikä voi yhdistää nämä kaksi pistettä, jos taitat tämän tason niin, että pisteet koskettavat toisiaan. Koska kaksi pistettä koskettavat nyt, matkan ylittäminen on paljon helpompaa.
Yleinen suhteellisuusteoria (GR) sallii tällaisten tunneleiden olemassaolon, vaikka läpikäytävän madonreiän olemassaolo edellyttää, että se on täytetty eksoottisella aineella , jonka energiatiheys on negatiivinen [2] , mikä luo voimakkaan gravitaatiorepulsion ja estää reikää syntymästä. romahtamassa. Madonreikätyyppisiä ratkaisuja syntyy kvanttigravitaation eri versioissa , vaikka asiaa ei ole vieläkään täysin tutkittu.
Madonreiän kapeimman osan lähellä olevaa aluetta kutsutaan "kurkuksi". Madonreiät jaetaan " universumin sisäisiin " ja " universumien välisiin " riippuen siitä, voidaanko sen tulot yhdistää käyrään, joka ei ylitä kaulaa.
Siellä on myös ajettavia ( englanniksi traversable ) ja läpäisemättömiä myyrämäkiä. Jälkimmäisiin kuuluvat tunnelit, jotka romahtavat liian nopeasti, jotta tarkkailija tai signaali (joiden nopeus ei ole valoa nopeampi) pääse sisäänkäynnistä toiseen. Klassinen esimerkki läpäisemättömästä madonreiästä on Einstein-Rosenin silta laajimmassa Schwarzschild-avaruudessa , ja läpikäytävä madonreikä on Morris-Thornin madonreikä .
Läpikulkukelpoinen maailmansisäinen madonreikä antaa hypoteettisen mahdollisuuden aikamatkustukseen [3] , jos esimerkiksi yksi sen sisäänkäynneistä liikkuu suhteessa toiseen tai jos se on voimakkaassa gravitaatiokentässä , jossa ajan kuluminen hidastuu. Lisäksi madonreiät voivat hypoteettisesti luoda mahdollisuuden tähtienväliseen matkaan, ja sellaisenaan madonreiät löytyvät usein tieteiskirjallisuudesta .
Ymmärtääksesi, miksi eksoottista ainetta tarvitaan , harkitse valorintaman tulevaa signaalia, joka liikkuu geodeettisia osia pitkin, jotka ylittävät madonreiän ja laajenevat uudelleen toisella puolella. Laajentuminen menee negatiivisesta positiiviseen. Raychaudhurin optisen lauseen mukaantämä edellyttää keskimääräisen nollaenergiatilan rikkomista. Kvanttiefektit, kuten Casimir-ilmiö , eivät voi rikkoa keskimääräistä energian nollatilaa missään avaruuden ympäristössä, jossa on nollakaarevuus [4] , vaan laskelmat puoliklassisessa painovoimassaviittaavat siihen, että kvanttivaikutukset voivat rikkoa tätä ehtoa kaarevassa aika-avaruudessa [5] . Tästä huolimatta on esitetty, että kvanttiefektit eivät voi rikkoa keskimääräisen nollaenergiaehdon akronaalista versiota [6] , mutta rikkomuksia on kuitenkin löydetty [7] , joten mahdollisuus, että kvanttiefektejä voidaan käyttää tukemaan madonreikää , on edelleen avoin. .
Madonreiän metriikkateoriat kuvaavat madonreiän aika-avaruusgeometriaa ja toimivat teoreettisina malleina aikamatkalle. Esimerkiksi läpikäytävä madonreikämittari voi näyttää tältä:
Eräs läpäisemätön madonreikämetriikka on Schwarzschild-ratkaisu:
Saksalaisessa Fortschritte der Physik -lehdessä vuonna 2013 julkaistussa artikkelissa Maldacena ja Susskind totesivat, että madonreikä - teknisesti Einstein-Rosenin silta tai ER - on kvanttiketutumisen spatiotemporaalinen vastine . Tämä ratkaisi palomuuriongelman . [8] [9]
Jos läpikäytäviä madonreikiä on olemassa, ne voivat sallia aikamatkustuksen [10] . Ehdotettu aikakone, jossa käytetään läpikäytävää madonreikää, toimisi hypoteettisesti seuraavasti: madonreiän toinen pää kiihdytetään lähes valonopeuteen, mahdollisesti jonkinlaisen edistyneen propulsiojärjestelmän avulla , ja palaa sitten lähtöpisteeseensä. Toinen tapa on ottaa yksi sisäänkäynti madonreikään ja siirtää se esineen gravitaatiokenttään, jolla on enemmän painovoimaa kuin toinen sisäänkäynti, ja palauttaa se sitten asentoon, joka on lähellä toista sisäänkäyntiä. Molemmissa näissä menetelmissä aikalaajennus saa madonreiän liikkuvan pään ikääntymään vähemmän tai "nuoremmaksi" ulkopuoliselle tarkkailijalle. Koska aika on kytketty madonreiän kautta eri tavalla kuin sen ulkopuolella , synkronoidut kellot madonreiän kummassakin päässä pysyvät aina synkronoituina madonreiän läpi kulkevalle tarkkailijalle, riippumatta päiden liikkeestä [11] :502 . Tämä tarkoittaa, että "nuoreen" päähän saapuva tarkkailija poistuu "vanhemmasta" päästä samaan aikaan kuin "nuoremman" pään ikä, mikä osoittaa erilaista ajankulkua ulkopuolisen tarkkailijan näkökulmasta. Eräs merkittävä rajoitus sellaiselle aikakoneelle on, että kurssia on mahdollista muuttaa ajassa vain tämän koneen luomishetkeen asti. Joka tapauksessa ei ole mahdollista kulkea madonreikien läpi ennen itse madonreikään pääsyä, vaikka sisäänkäynti ja uloskäynti madonreikään sijaitsevat lähellä. [11] :503 .
Vuonna 1993 Matt Visser väitti, että kahta madonreikäsuuta, joilla on tällainen indusoitu kelloero, ei voitaisi yhdistää ilman kvanttikentän ja gravitaatiovaikutusten aikaansaamista, jotka joko tuhoaisivat madonreiän tai kaksi suuta hylkisivät toisiaan [12] tai muuten, se on mahdotonta siirtää tietoa madonreiän kautta [13] . Tämän vuoksi kahta lähtöä ei voida sijoittaa tarpeeksi lähelle aiheuttamaan syy -seurausrikkomus . Kuitenkin vuoden 1997 paperissa Visser ehdotti, että " Rooman renkaan " monimutkainen kokoonpano” (nimetty Tom Romanin mukaan) N:stä symmetriseen monikulmioon järjestetystä madonreikasta voi edelleen toimia aikakoneena, vaikka hän päätteli, että tämä on todennäköisesti virhe klassisen painovoiman kvanttiteoriassa, eikä todiste siitä, että se on mahdollinen rikkomus. syy-yhteydestä [14] .
Mahdollinen ratkaisu madonreikien läpi tapahtuvasta aikamatkasta johtuviin paradokseihin perustuu kvanttimekaniikan monien maailmojen tulkintaan .
Vuonna 1991 David Deutsch osoitti, että kvanttiteoria on täysin johdonmukainen (sillä mielessä, että ns. tiheysmatriisi voidaan tehdä epäjatkuvaksi) avaruus-ajoissa, joissa on suljetut aikakäyrät. [15] Myöhemmin kuitenkin osoitettiin, että tällaisessa suljetun aikakäyrän mallissa voi olla sisäisiä ristiriitoja, koska se johtaisi sellaisiin outoihin ilmiöihin kuin ei-ortogonaalisten kvanttitilojen erottuminen sekä ominais- ja epäasianmukaisten seosten erottuminen. [16] [17] Näin ollen madonreiän läpi kiertävien virtuaalihiukkasten tuhoava positiivinen takaisinkytkentä, joka on puoliklassisten laskelmien tulos, estetään. Tulevaisuudesta palaava hiukkanen ei palaa alkuperäiseen universumiinsa, vaan rinnakkaisuniversumiin. Tämä viittaa siihen, että madonreikään perustuva aikakone on teoreettinen silta samanaikaisten rinnakkaisten universumien välillä. [kahdeksantoista]
Koska madonreikään perustuva aikakone tuo kvanttiteoriaan eräänlaista epälineaarisuutta, tällainen viestintä rinnakkaisten universumien välillä on sopusoinnussa Joseph Polchinskin ehdotuksen kanssa Everett-puhelimesta [19] (nimetty Hugh Everettin mukaan) Steven Weinbergin muotoilussa . epälineaarisesta kvanttimekaniikasta . [kaksikymmentä]
Mahdollisuutta kommunikoida rinnakkaisten universumien välillä on kutsuttu universumien väliseksi matkaksi . [21]
Temaattiset sivustot | |
---|---|
Sanakirjat ja tietosanakirjat | |
Bibliografisissa luetteloissa |
|
Mustat aukot | |||||
---|---|---|---|---|---|
Tyypit | |||||
Mitat | |||||
koulutus | |||||
Ominaisuudet | |||||
Mallit |
| ||||
teorioita |
| ||||
Tarkat ratkaisut yleisessä suhteellisuusteoriassa |
| ||||
liittyvät aiheet | |||||
Luokka: Mustat aukot |
Aikamatka | |
---|---|
Yleiset termit ja käsitteet |
|
Ajan paradokseja |
|
Rinnakkaiset aikajanat |
|
Ajan ja tilan filosofia | |
GR :n tilat , jotka voivat sisältää suljettuja aikakaltaisia rivejä | |
Kaupunkilegendat aikamatkailusta _ |
|