GURA DE VIERME: ISTORIE, TEORIE, TIPURI, FORMARE - ARTE - 2025

O gaură de vierme , în astrofizică și cosmologie, este un pasaj care leagă două puncte din țesătura spațiului-timp. La fel cum mărul căzut a inspirat teoria gravitației lui Isaac Newton în 1687, viermii care străpun mere au inspirat noi teorii, tot în cadrul gravitației.

La fel cum viermele reușește să ajungă într-un alt punct de pe suprafața mărului printr-un tunel, găurile de vierme spațiu-timp sunt scurtături teoretice care îi permit să călătorească în părți îndepărtate ale universului în mai puțin timp.

Gura de vierme în spațiu-timp: viziune artistică. Sursa: Pixabay.

Este o idee care a capturat și continuă să surprindă imaginația multora. Între timp, cosmologii sunt ocupați să caute modalități de a demonstra existența sa. În momentul de față, ele sunt încă subiectul speculațiilor.

Pentru a ne apropia puțin de înțelegerea găurilor de vierme, a posibilității călătoriei timpului prin ele și a diferențelor care există între găurile de vierme și găurile negre, trebuie să privim conceptul de spațiu-timp.

Ce este spațiu-timp?

Conceptul de spațiu-timp este strâns legat de cel al găurii de vierme. De aceea este necesar să se stabilească mai întâi ce este și care este caracteristica principală a acesteia.

Spațiu este locul în care se întâmplă fiecare eveniment din univers. Iar universul la rândul său este totalitatea spațiului-timp, capabil să adăpostească toate formele de materie-energie și multe altele …

Când mirele se întâlnește cu mireasa este un eveniment, dar acest eveniment are coordonate spațiale: locul de întâlnire. Și o coordonată de timp: an, lună, zi și ora întâlnirii.

Nașterea unei stele sau explozia unei supernove sunt de asemenea evenimente care au loc în spațiu-timp.

Acum, într-o regiune a universului lipsită de masă și interacțiuni, spațiu-timp este plat. Aceasta înseamnă că două raze de lumină care încep paralele continuă astfel, atât timp cât rămân în acea regiune. Apropo, pentru o rază de timp lumina este eternă.

Desigur, spațiul-timp nu este întotdeauna plat. Universul conține obiecte care au masă care modifică spațiul-timp, provocând o curbură spațiu-timp la scară universală.

Însuși Albert Einstein a realizat care, într-un moment de inspirație, el a numit „cea mai fericită idee a vieții mele”, că un observator accelerat se distinge local față de unul care se apropie de un obiect masiv. Este faimosul principiu al echivalenței.

Și un observator accelerat îndoaie spațiul-timp, adică geometria euclidiană nu mai este valabilă. Prin urmare, în mediul unui obiect masiv, cum ar fi o stea, o planetă, o galaxie, o gaură neagră sau universul în sine, se îndoaie spațiul-timp.

Această curbură este percepută de ființele umane ca o forță numită gravitate, cotidiană, dar misterioasă în același timp.

Gravitatea este la fel de enigmatică ca forța care ne trage în față atunci când autobuzul în care călătorim frânează brusc. Este ca și cum brusc ceva invizibil, întunecat și masiv, pentru câteva momente înaintează și ne atrage, ne propulsează brusc înainte.

Planetele se mișcă eliptic în jurul Soarelui, deoarece masa sa produce o depresiune pe suprafața spațiu-timp care determină planetele să-și curbeze căile. De asemenea, o rază de lumină își curbește calea în urma depresiei spațio-temporale produse de Soare.

Tuneluri prin spațiu - timp

Dacă spațiul-timp este o suprafață curbă, în principiu nimic nu împiedică o zonă să se conecteze cu alta printr-un tunel. Călătoria printr-un astfel de tunel nu ar presupune doar schimbarea locurilor, dar oferă și posibilitatea de a merge la altă dată.

Această idee a inspirat multe cărți de science-fiction, serii și filme, inclusiv faimoasa serie americană din anii 1960 „Tunelul timpului” și mai recent „Deep Space 9” din franciza Star Trek și filmul 2014 Interstellar.

Ideea a venit de la însuși Einstein, care, căutând soluții la ecuațiile de teren ale Relativității Generale, a găsit împreună cu Nathan Rosen o soluție teoretică care a permis conectarea a două regiuni diferite de spațiu-timp printr-un tunel care a funcționat ca o scurtătură.

Această soluție este cunoscută sub numele de podul Einstein - Rosen și apare într-o lucrare publicată în 1935.

Cu toate acestea, termenul „gaură de vierme” a fost folosit pentru prima dată în 1957, datorită fizicienilor teoretici John Wheeler și Charles Misner într-o publicație în acel an. Anterior, s-a vorbit despre „tuburi unidimensionale” pentru a face referire la aceeași idee.

Mai târziu, în 1980, Carl Sagan a scris romanul de ficțiune „Contact”, o carte care a fost ulterior făcută într-un film. Protagonistul numit Elly descoperă viața extraterestră inteligentă la 25 de mii de ani lumină. Carl Sagan dorea ca Elly să călătorească acolo, dar într-un mod care era credibil științific.

Călătoria de 25 de mii de ani-lumină nu este o sarcină ușoară pentru un om, cu excepția cazului în care este căutată o scurtătură. O gaură neagră nu poate fi o soluție, deoarece, atunci când se apropie de singularitate, gravitația diferențială va rupe nava spațială și echipajul acesteia.

În căutarea altor posibilități, Carl Sagan a consultat unul dintre experții de vârf pe găurile negre ale vremii: Kip Thorne, care a început să se gândească la acest aspect și și-a dat seama că podurile Einstein-Rosen sau găurile de vierme ale Wheeler a fost soluția.

Totuși, Thorne și-a dat seama că soluția matematică era instabilă, adică tunelul se deschide, dar la scurt timp după ce se strangulează și dispare.

Instabilitatea găurilor de vierme

Este posibil să folosiți găurile de vierme pentru a parcurge distanțe mari în spațiu și timp?

De când au fost inventate, găurile de vierme au servit în numeroase loturi de science-fiction pentru a-și duce protagoniștii în locuri îndepărtate și pentru a experimenta paradoxurile timpului neliniar.

Kip Thorne a găsit două soluții posibile pentru problema instabilității găurilor de vierme:

• Prin așa-numita spumă cuantică. La scara Planck (10 ^-35 m) există fluctuații cuantice capabile să conecteze două regiuni de spațiu-timp prin microtunneluri. O ipotetică civilizație foarte avansată ar putea găsi o cale de a lărgi pasajele și de a le ține suficient de mult pentru ca un om să treacă.
• Materie de masă negativă. Conform estimărilor publicate în 1990 de Thorne însuși, ar fi necesare cantități imense din această materie străină pentru a menține deschiderea capetelor găurii de vierme.

Lucrul remarcabil în legătură cu această ultimă soluție este că, spre deosebire de găurile negre, nu există singularitate sau fenomene cuantice, iar trecerea oamenilor prin acest tip de tunel ar fi posibilă.

În acest fel, găurile de vierme nu ar permite numai conectarea regiunilor îndepărtate din spațiu, ci și separat în timp. Prin urmare, sunt mașini care călătoresc în timp.

Stephen Hawking, mare referință în cosmologie de la sfârșitul secolului XX, nu credea că nici găurile de vierme și nici mașinile timpului nu sunt fezabile, din cauza numeroaselor paradoxuri și contradicții care decurg din ele.

Acest lucru nu a înmuiat spiritele altor cercetători, care au sugerat posibilitatea ca două găuri negre din diferite zone ale spațiului-timp să fie conectate intern de o gaură de vierme.

Deși acest lucru nu ar fi practic pentru călătoriile în spațiu-timp, deoarece în afară de necazurile care vor intra în singularitatea găurii negre, nu ar exista posibilitatea de a ieși la celălalt capăt, deoarece este o altă gaură neagră.

Diferențele dintre găurile negre și găurile de vierme

Când vorbești despre o gaură de vierme, te gândești imediat și la găuri negre.

O gaură neagră se formează în mod natural, după evoluția și moartea unei stele care are o anumită masă critică.

Se naște după ce steaua își epuizează combustibilul nuclear și începe să se contracte ireversibil datorită forței sale gravitaționale. Continuă fără încetare până când provoacă o astfel de prăbușire, încât nimic mai aproape de raza orizontului evenimentului nu poate scăpa, nici măcar lumina.

Prin comparație, o gaură de vierme este o întâmplare rară, consecința unei anomalii ipotetice în curbura spațiului-timp. În teorie este posibil să trecem prin ele.

Cu toate acestea, dacă cineva ar încerca să treacă printr-o gaură neagră, gravitația intensă și radiațiile extreme din imediata apropiere a singularității ar transforma-o într-un fir subțire de particule subatomice.

Există dovezi indirecte și foarte recente, recent, ale existenței găurilor negre. Printre aceste dovezi se numără emisia și detectarea undelor gravitaționale prin atracția și rotația a două găuri negre colosale, detectate de observatorul de unde gravitaționale LIGO.

Există dovezi că există o gaură neagră super masivă în centrul galaxiilor mari, cum este Calea Lactee.

Rotirea rapidă a stelelor în apropierea centrului, precum și cantitatea uriașă de radiații de înaltă frecvență care emană de acolo, sunt dovezi indirecte că există o gaură neagră imensă care explică prezența acestor fenomene.

Abia pe 10 aprilie 2019, lumii i s-a arătat prima fotografie a unei găuri negre supermasive (de 7 miliarde de ori mai mare decât Soarele), situată într-o galaxie foarte îndepărtată: Messier 87 din constelația Fecioară, la 55 de milioane ani lumină de Pământ.

Această fotografie a unei găuri negre a fost făcută posibilă de rețeaua mondială de telescoape, numită „Telescopul orizontului de evenimente”, cu participarea a peste 200 de oameni de știință din întreaga lume.

Pe de altă parte, nu există dovezi de găuri de vierme până în prezent. Oamenii de știință au reușit să detecteze și să urmărească o gaură neagră, însă același lucru nu a fost posibil cu găurile de vierme.

Prin urmare, sunt obiecte ipotetice, deși teoretic fezabile, așa cum au fost odată și găurile negre.

Varietate / tipuri de găuri de vierme

Deși nu au fost încă depistați, sau poate tocmai din această cauză, au fost imaginate posibilități diferite pentru găurile de vierme. Toate sunt realizabile teoretic, deoarece satisfac ecuațiile lui Einstein pentru relativitatea generală. Aici sunt câteva:

• Găurile de vierme care conectează două regiuni spațio-temporale ale aceluiași univers.
• Găurile de vierme capabile să conecteze un univers cu un alt univers.
• Poduri Einstein-Rosen, în care materia putea trece de la o deschidere la alta. Deși această trecere a materiei ar provoca instabilitate, determinând tunelul să se prăbușească pe sine.
• Gaura de vierme a lui Kip Thorne, cu o cochilie sferică de materie negativă de masă. Este stabil și traversabil în ambele direcții.
• Așa-numitul găurit de vierme Schwarzschild, format din două găuri statice negre conectate. Nu sunt traversabile, deoarece materia și lumina sunt prinse între ambele extreme.
• Găuri de vierme încărcate și / sau rotative sau Kerr, constând din două găuri negre dinamice conectate intern, traversabile într-o singură direcție.
• Spuma cuantică a spațiului-timp, a cărei existență este teoretizată la nivel subatomic. Spuma este formată din tuneluri subatomice extrem de instabile care conectează diferite zone. Stabilizarea și extinderea acestora ar necesita crearea unei plasme cu quark-gluon, ceea ce ar necesita o cantitate aproape infinită de energie pentru a genera.
• Mai recent, datorită teoriei corzilor, găurile de vierme susținute de șirurile cosmice au fost teoretizate.
• Găuri negre întrețesute și apoi separate, din care apare un orificiu spațiu-timp, sau podul Einstein-Rosen care este ținut împreună de gravitație. Este o soluție teoretică propusă în septembrie 2013 de către fizicienii Juan Maldacena și Leonard Susskind.

Toate sunt perfect posibile, deoarece nu sunt contradictorii cu ecuațiile lui Einstein ale relativității generale.

Vor fi vreodată văzute găuri de vierme?

Multă vreme, găurile negre au fost soluții teoretice pentru ecuațiile lui Einstein. Însuși Einstein a pus sub semnul întrebării posibilitatea ca aceștia să fie vreodată detectați de umanitate.

Albert Einstein (1879-1955), autor al teoriei relativității. Sursa: Pixabay.

Așa că, multă vreme, găurile negre au rămas ca o predicție teoretică, până când au fost găsite și localizate. Oamenii de știință au aceeași speranță pentru găurile de vierme.

Este foarte posibil să fie și ei acolo, dar încă nu s-a învățat să-i localizeze. Deși conform unei publicații foarte recente, găurile de vierme ar lăsa urme și umbre observabile chiar și cu telescoape.

Se crede că fotonii călătoresc în jurul găului de vierme, generând un inel luminos. Cei mai apropiați fotoni se încadrează în interior și lasă în urmă o umbră care le va permite diferențierea de găurile negre.

Potrivit lui Rajibul Shaikh, fizician la Institutul Tata pentru Cercetări Fundamentale din Mumbai din India, un tip de găuri de vierme rotative ar produce o umbră mai mare și deformată decât cea a unei găuri negre.

În lucrarea sa, Shaikh a studiat umbrele teoretice aruncate de o anumită clasă de găuri de vierme învârtite, concentrându-se pe rolul crucial al gâtului găurii în formarea unei umbre de fotoni care îi permite să fie identificat și diferențiat de o gaură neagră.

Șahik a analizat, de asemenea, dependența umbrei de spinul găului de vierme și a comparat-o și cu umbra aruncată de o gaură neagră Kerr învârtită, găsind diferențe semnificative. Este o lucrare complet teoretică.

În afară de asta, deocamdată, găurile de vierme rămân ca niște abstracții matematice, dar este posibil ca unul să fie repede observat. Ceea ce este la cealaltă extremă este încă subiectul conjecturii pentru moment.

Referințe

1. Încordarea cuantică poate da naștere la gravitație. Luate de pe Cienciaaldia.com
2. Progresul fizicii, vol. 61, ediție septembrie 2013 Pagini 781-811
3. Gaura de vierme. Luat de la wikipedia.org
4. Spațiu timp. Luat de la wikipedia.org.
5. David Nield (2018). Noua hârtie nebună sugerează găuri de vierme Umbre turnate pe care le-am putea vedea cu ușurință cu telescoape. Luate de la sciencealert.com