Schwarze Löcher und Wurmlöcher sind seit langem ein bekanntes Attribut vieler Science-Fiction-Filme und Fernsehserien, in denen Raumfahrer sie verwenden, um sofort durch das Universum zu reisen. Was sind Schwarze Löcher und Wurmlöcher, wie plausibel ist Reisen durch Zeit und Raum? Welche unglaubliche Wahrheit wird in Science-Fiction-Filmen gezeigt? Dies wurde von russischen Physikern der Universitäten des "Projekts 5-100" erzählt.
Was ist ein Schwarzes Loch?
Physiker nennen ein Schwarzes Loch eine Region der Raum-Zeit mit einer so starken Schwerkraft, dass Materie, Energie oder Informationen (einschließlich Licht) diese Region verlassen können, sobald sie in sie gelangt. Ein Schwarzes Loch wird im Raum von einem Ereignishorizont begrenzt: der Grenze eines Schwarzen Lochs, hinter der kein Objekt oder Strahlung entweichen kann. Beobachter außerhalb des Schwarzen Lochs können daher keine Informationen darüber erhalten, was in ihm vor sich geht.
Nach der allgemeinen Relativitätstheorie wird die Geometrie der Schwarzen Löcher durch Einsteins Gleichungen beschrieben, die die Metrik der gekrümmten Raumzeit mit den Eigenschaften der Materie verbinden, die sie füllt, und die Schwerkraft ist eine Manifestation der Krümmung der Raumzeit, sagte ein Professor am Pädagogischen und Wissenschaftlichen Institut für Schwerkraft und Kosmologie der Volksfreundschaftsuniversität Russlands (RUDN Universität) Kirill Bronnikov.
„Wissenschaftler haben theoretisch viele Arten von Schwarzen Löchern beschrieben. Sie unterscheiden sich in der Anwesenheit oder Abwesenheit von Rotation, elektrischer Ladung und anderen möglichen Parametern. Es wird angenommen, dass Schwarze Löcher durch den Zusammenbruch ziemlich massereicher Sterne im Endstadium ihrer Entwicklung oder durch Schwankungen der superdichten Materie im frühen Universum entstehen können “, sagte er.
Ihm zufolge ist es unmöglich, ein Schwarzes Loch zu sehen, da ein externer Beobachter keine Informationen direkt vom Ereignishorizont erhalten kann. Daher kann sich ein Schwarzes Loch nur indirekt manifestieren - durch die Krümmung von Lichtstrahlen, die in der Nähe vorbeiziehen, durch elektromagnetische Strahlung der umgebenden umgebenden Materie usw.
Wissenschaftler verstehen immer noch nicht, was die inneren Regionen der Schwarzen Löcher sind, die unter dem Ereignishorizont verborgen sind. Nach den meisten Modellen von Schwarzen Löchern in der allgemeinen Relativitätstheorie müssen sie "Singularitäten" haben - Punkte, Linien oder Oberflächen mit unendlich großen Werten der Krümmung der Raum-Zeit sowie der Dichte und des Drucks der Materie. Viele Forscher glauben jedoch, dass dies in Wirklichkeit nicht möglich ist.
Werbevideo:
"Hier stehen wir vor der Grenze der Anwendbarkeit unserer klassischen Raum-Zeit-Vorstellungen und betreten den unbekannten Bereich der Quantentheorie der Schwerkraft, der noch nicht aufgebaut wurde", bemerkte Kirill Bronnikov.
Er sprach über die Möglichkeit der Existenz einer anderen Art von Schwarzem Loch - dem sogenannten "schwarzen Universum". Von außen kann es wie jedes andere Schwarze Loch aussehen. Ein Beobachter, der in ihn eingedrungen ist und den Ereignishorizont überquert hat, fällt jedoch nicht in eine Singularität, sondern in ein neues expandierendes Universum.
Auf der Suche nach schwarzen Löchern
Anfang 2019 wurde das Beobachtungsprogramm des Radioastron-Bodenrauminterferometers mit einer mehrere tausendmal höheren Auflösung als die des berühmten Hubble-Weltraumteleskops abgeschlossen. "Radioastron" ist ein paar Dutzend der leistungsstärksten bodengestützten Radioteleskope und ein Weltraumobservatorium, das mithilfe spezieller Algorithmen zu einer virtuellen "Platte" mit einem Durchmesser verbunden ist, der viel größer ist als unser Planet.
Radioastron ermöglichte es russischen Astronomen, klare Beobachtungshinweise für die Existenz eines Paares supermassiver Schwarzer Löcher, die sich in geringem Abstand voneinander drehen, im Zentrum der Galaxie OJ287 zu finden, sagte der Leiter des Labors für Grundlagenforschung und angewandte Forschung relativistischer Objekte im Universum des Moskauer Instituts für Physik und Technologie (MIPT)) Yuri Kovalev.
„Unsere Beobachtungen passen gut zu den Vorhersagen des binären Schwarzen Lochmodells OJ287. In Zukunft wollen wir mit dem Millimetron-Boden-Raum-Interferometer bei kürzeren Wellenlängen die Schatten und die Umgebung von Schwarzen Löchern in unserer und anderen Galaxien untersuchen. Es wird auch helfen, das theoretische Verständnis der Existenz anderer Objekte zu testen - "Wurmlöcher" ", sagte er.
Tunnel zu anderen Dimensionen
"Wurmlöcher" (das englische Äquivalent des Namens - Wurmlöcher oder Wurmlöcher) sind die faszinierendsten Objekte im Universum, über deren Existenz Wissenschaftler streiten. Dies sind Raum-Zeit-Konfigurationen in Form einer Art Tunnel zwischen entfernten Regionen unseres Universums oder sogar zwischen verschiedenen Universen.
„Wurmlöcher ähneln Schwarzen Löchern, da es sich um lokalisierte Objekte mit ausreichend starker Schwerkraft und Raumkrümmung handelt. Im Gegensatz zu Schwarzen Löchern haben sie jedoch keine "Falle" - einen Ereignishorizont, weshalb sie theoretisch nicht nur "Eintritt", sondern auch "Ausgang" ermöglichen. Das heißt, Sie können sie durchgehen und zurückkommen “, sagte Sergei Rubin, Professor an der National Research Nuclear University MEPhI (NRNU MEPhI).
Trotz der Tatsache, dass Wurmlöcher der allgemeinen Relativitätstheorie nicht widersprechen und von einigen kosmologischen Theorien vorhergesagt werden, sind die wirklichen Kandidaten für die Rolle solcher Objekte noch unbekannt. Darüber hinaus implizieren Wurmlöcher eine sehr atypische Raum-Zeit-Geometrie, für deren Aufrechterhaltung Materie mit exotischen Eigenschaften (z. B. mit negativer Energiedichte) erforderlich ist.
"Die Entdeckung von Wurmlöchern in der Natur oder ihre Entstehung im Labor würde eine echte Revolution in der Physik der Raumzeit bedeuten", betonte der Wissenschaftler.
Sergei Rubin teilt nicht das Vertrauen des Astronomen Heino Falke, dass die jüngsten Bilder des Schwarzen Lochs im Zentrum der M87-Galaxie, die im Projekt Event Horizons Telescope aufgenommen wurden, die Existenz von Tunneln in der Struktur der Raumzeit bestätigen können. Für endgültige Schlussfolgerungen reicht die Messgenauigkeit nicht aus.
Gleichzeitig helfen theoretische Ideen zu diesen Objekten den Wissenschaftlern, die Natur von Raum-Zeit und Schwerkraft besser zu verstehen.
Wie komme ich in ein Wurmloch?
Nicht alle Science-Fiction-Filme über Tunnel in anderen Dimensionen sind weit entfernt von modernen wissenschaftlichen Theorien, sagt Artem Yurov, Professor an der Immanuel Kant Baltischen Bundesuniversität (IKBFU).
„Im Film Interstellar stimmen die Informationen über Schwarze Löcher und zusätzliche Räume mit wissenschaftlichen Ideen überein. Dies ist nicht überraschend, da der wissenschaftliche Berater des Films der mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Schwarzlochphysiker Kip Thorne war. Er hat der Idee der Existenz von Wurmlöchern neues Leben eingehaucht “, sagte er.
Laut Artem Yurov können Wurmlöcher zwar nach den Gesetzen der Physik zugelassen werden, sie können jedoch nicht von selbst entstehen. Sie könnten jedoch von einer Zivilisation gebaut werden, die in technischer und wissenschaftlicher Hinsicht extrem entwickelt ist.
"Das sollte nicht überraschen, schließlich kann ein Toyota-Auto auch nicht spontan erscheinen, selbst wenn man zig Milliarden Jahre wartet - es muss gemacht werden", sagte er.
Heute denken Physiker über die Möglichkeit nach, Wurmlöcher zu bilden, die sich nicht schnell auflösen, und wie man sie groß genug macht, damit zumindest Moleküle dort passen und nicht zusammenbrechen können.
„Es ist hypothetisch möglich, das menschliche Genom durch ein Wurmloch zu schicken. Berechnungen zufolge gibt es auch Trichter in zusätzlichen Abmessungen, aber sie sind immer noch recht klein, 10 bis minus 31 Grad Zentimeter “, sagte Sergei Rubin.
Laut dem Wissenschaftler ist es in Zukunft hypothetisch möglich, durch ein Wurmloch die Menschheit von einem sterbenden Universum in ein anderes zu schicken, das gerade erst zu leben beginnt. Dazu ist es nicht notwendig, eine Person physisch dorthin zu schicken - Sie können dort Informationen senden, auf deren Grundlage unsere Zivilisation im neuen Universum unabhängig wiederhergestellt wird.
