Черная дыра как машина времени
Возможно ли путешествие во времени?
В течение многих лет концепция путешествий во времени была основным продуктом научно-фантастической литературы. Будь то серия «Звездный путь», «Доктор Кто» или «Назад в будущее» 1985 года, где мы видим, как ученые находят способ путешествовать во времени, но на самом деле все гораздо сложнее, даже сама концепция противоречива. Научное сообщество разделяет вопрос о том, возможны ли путешествия во времени или нет, но кто не хотел бы разбираться в своем прошлом или разгадывать будущее. Теперь вопрос, действительно ли это осуществимо, возможно ли путешествие во времени? Давайте разберемся.
Что такое время?
Предположим, что вы и ваш двоюродный брат решили синхронизировать время в обычных часах, прежде чем покинуть Землю в космическом шаттле. Путешествуя со скоростью 30000 км / ч относительно Земли, вы решили сделать несколько оборотов вокруг планеты Земля, прежде чем вернуться на землю. После приземления, если вы сравните время ваших часов с временем вашего двоюродным братом, вы обнаружите небольшое отклонение во времени. Это изменение называется замедлением времени.
Один практический пример замедления времени испытывают космонавты, когда они возвращаются на Землю, проведя 6 месяцев на Международной космической станции. Находясь на орбите вокруг Земли на расстоянии около 400 км, астронавты были в возрасте на 0,007 секунды меньше, чем те из нас, кто был здесь на Земле.
Увеличение дилатации времени
Это может быть незначительным, но можно ощутить чрезмерный эффект замедления времени, если он приблизится к скорости света. Теоретически, замедление времени практически ничтожно до 50% скорости света и дает небольшой эффект при 75%, но после этого оно увеличивается в геометрической прогрессии.
Теория специальной теории относительности учит нас тому, как время ускоряется или замедляется в зависимости от вашей относительной скорости к кому-то или чему-то еще. При скорости света внутри космического корабля вы будете стареть намного медленнее, чем ваш брат здесь, на Земле.
Вы можете подумать, действительно ли это путешествие во времени? Что ж! Да. В соответствии с самой природой пространства-времени, вернувшись сюда на Землю после путешествия на 90% скорости света, вы будете в 3 раза моложе людей на Земле, а это означает, что вы путешествовали на годы вперед относительно времени и пространства. Рассмотрим один пример из межзвездного фильма Кристофера Нолана. В поисках подходящей планеты для людей команда Купера достигла массивной водной планеты, которая заперта очень близко к сверхмассивной черной дыре.
С массой, эквивалентной 100 000 000 солнц и скоростью вращения почти 99,8% скорости света, сверхмассивная черная дыра или Гаргантюа заставила время замедляться до крайних пределов, так что один час на планете равен 7 лет на корабле (космический корабль Endurance). Вернувшись на родной корабль (всего через 3 часа), они обнаружили, что их друг-ученый постарел на 23 земных года.
Нет, это не просто выдумка, это действительно то, как это могло бы произойти, если бы это была настоящая жизнь. Технически, они путешествовали на 23 года впереди этих людей на Земле. До сих пор мы исследовали саму возможность путешествовать в будущее, но как насчет нашего прошлого?
Путешествие быстрее света
Технически, теория относительности Эйнштейна позволяет нам путешествовать назад во времени. Но физическое достижение этих математических уравнений может оказаться невозможным в ближайшем будущем. Это может стать возможным, если мы достигнем скорости, превышающей скорость света, которая составляет около 300 000 км/с (299 792 км/с, если быть точным) в вакууме.
Но опять же, уравнения Эйнштейна говорят нам, что объект может достичь скорости света, только если он имеет бесконечную массу и нулевую длину, что, кстати, невозможно в реальном мире. Хотя многие исследователи считают, что уравнения Эйнштейна могут быть изменены в дальнейшем.
Дедушка парадокс
Изображение предоставлено BrightR / Wikimedia Commons
Некоторые ученые считают, что даже если вы не родитесь в нынешней вселенной, вы все равно родитесь в другой. В то время как другие говорят, что вероятность возникновения таких событий (которые меняют прошлое или вызывают парадокс) равна нулю (принцип Новикова).
Другие популярные теории путешествий во времени
Черные дыры
Короткое посещение вблизи черной дыры-это еще один способ достичь путешествия во времени, единственная загвоздка заключается в том, что мы должны двигаться со скоростью света. Представьте, что у вас есть космический корабль, достаточно мощный, чтобы двигать вас с непрерывным ускорением в 1 g, и тогда вы сможете достичь центра галактики Млечный путь (26 000 световых лет) за несколько десятилетий своего времени.
Просто, чтобы дать вам представление о том, как далеко на самом деле находится ядро галактики, рассмотрим тот факт, что ближайшая к Земле звезда находится на расстоянии 4,3 световых лет, а Вояджер (самая дальняя рукотворная вещь) прошли только половину расстояния до сих пор.
Добравшись до черной дыры, сделайте короткую передышку, а затем мчитесь сюда, на Землю. Когда вы вернетесь на Землю, забудьте о встрече со своей семьей или друзьями, есть большая вероятность того, что Земля, которую вы знали десятилетия назад, сейчас превратилась бы в груду обломков, так как прошло бы более 40 000 лет, но вы бы только постарели 40 лет или около того. Некоторые ученые даже считают, что эту ситуацию можно создать искусственно с помощью массивной вращающейся структуры.
Еще в 2010 году всемирно известный физик Стивен Хокинг в разговоре с The Daily Mail сказал:
«Они ходили круг за кругом, испытывая только половину времени каждого, кто находился далеко от черной дыры. Корабль и его экипаж будут путешествовать во времени. Представьте себе, что они кружили вокруг черной дыры в течение пяти своих лет. Десять лет пройдет в другом месте. Когда они вернутся домой, все на Земле состарятся на пять лет больше, чем они сами.”
Цилиндр типлера
Хотя эта теория была впервые открыта Якобом ван Стокумом и Корнелом Ланцошем в 1930-х годах, в научном мире она не была признана до 1970-х годов, когда астроном Франк Типлер проанализировал эту теорию. Типлер предположил, что в пространстве и времени вокруг оси вращается массивный и бесконечный длинный цилиндр с массой, в 10 раз превышающей массу Солнца.
Неистовое вращение со скоростью несколько миллиардов оборотов в минуту может привести к эффекту перетаскивания кадров. Если ближайший космический корабль совершает точные обороты вокруг цилиндра, он может получить его в виде «замкнутой временной кривой».
Машины времени
Это базовое понимание того, что путешествие во времени требует специального устройства, которое мы называем машиной времени. Согласно физике, машина времени должна изгибать пространство-время, чтобы сократить расстояние между двумя точками в пространстве. В настоящее время физики считают, что одним из существенных для нас явлений, путешествующих назад во времени, когда временные линии движутся в виде петель, является «замкнутая временная кривая».
Для того чтобы машины времени могли достичь этого состояния, считается, что им нужна «экзотическая материя» с отрицательной плотностью энергии. Теоретически, эти экзотические вещества существуют, и, скорее всего, они имеют некоторые странные и уникальные свойства, которые еще нигде не видны. Но различные симуляции показывают, что количество, в котором существуют эти негативные явления, очень мало и не подходит для построения машины времени.
Так возможно ли путешествие во времени?
Двумерное пространство изображено в трехмерном пространстве-времени / Изображение предоставлено: K. Aainsqats
Исходя из приведенных выше аргументов, путешествие во времени не представляется возможным. Но с постоянно развивающейся областью физики кто знает, что может произойти в ближайшем будущем. В частности, основные достижения в квантовых полях могли бы дать некоторое представление о том, как преодолеть парадоксы путешествий во времени.
Видео: Возможны ли путешествия во времени
Черная дыра как машина времени
Вы знаете, что такое черная дыра? Многие думают, что это что-то вроде инновационного центра Сколково отверстия в космосе, где пропадают космические корабли и потерявшиеся космонавты. Нет, друзья мои. Черная дыра — это такой космический объект. Имеющий чудовищную массу монстр, остаток погибшей звезды. Сила гравитационного притяжения которого настолько чудовищна, что не позволяет даже свету покинуть его цепкие объятья.
Черная дыра на службе человечеству
Однако есть у этого чудовища и полезные качества. Черную дыру вполне можно использовать для весьма прагматичных вещей. Например, для путешествий во времени. Конечно, только для путешествий в будущее. Потому что, увы, законы физики нашей Вселенной запрещают путешествовать в прошлое. Нельзя, и все тут…
Представьте, что Вам позарез и очень срочно нужно переместиться на 100 лет вперед. Ну, например, чтобы узнать, кто стал следующим президентом победителем Лиги Чемпионов в 2120 году. Что же нужно сделать для этого? Все очень просто.
Согласно теории общей теории относительности и экспериментальным данным, собранным современными физиками, если поместить часы в мощное гравитационное поле, внешний наблюдатель будет видеть, что они идут медленнее. Этот эффект аналогичен эффекту замедления времени, описываемому в специальной теории относительности. За исключением того, что в данном случае не требуется никакого движения.
Проще не придумать
Поэтому, для того чтобы реализовать Ваши дерзкие планы, нужно сделать пару пустяков. Для начала нужно найти где-нибудь поблизости подходящую черную дыру. Было бы неплохо, если бы эта черная дыра была побольше. Потому что у подобных объектов приливные силы возле горизонта событий относительно невелики. А это означает, что у Вас будет шанс остаться в живых. Далее. Берем мощную ракету (можно договориться с Маском) и летим прямиком к монстру космоса.
Траекторию нужно рассчитать так, чтобы мощности ракеты хватило для того, чтобы суметь вырваться из лап черной дыры. Но при этом оказаться максимально близко к горизонту событий. Ведь чем ближе Вы пролетите от него, тем сильнее будет выражен эффект замедления времени.
Ну вот, собственно, и все. После проведенного маневра возвращайтесь на Землю, забирайте проценты, которые набежали за это время на вкладе, и радуйтесь жизни.
И да. К сожалению, вернуться назад не получится…
Черные дыры могут оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время
Наш мир место довольно странное. Физики уже довольно давно предполагают, что наша Вселенная может быть лишь одной из многих, а одни из самых загадочных объектов во Вселенной – черные дыры – могут оказаться порталами в другие миры. Но что если черные дыры – это порталы не в другие миры, а порталы для путешествий сквозь пространство и время? И действительно – черные дыры балансируют на грани между научной фантастикой и научным фактом. С одной стороны, ученые видели как черные дыры поглощают звезды, которые оказывались к ним слишком близко. С другой, на краю черной дыры место, известное как горизонт событий, откуда не может вырваться ничего, даже свет. Но что произойдет с космическим кораблем, если он попадет туда?
Не исключено, что попав внутрь черной дыры можно оказаться в другой галактике
Что происходит внутри черной дыры?
Учитывая все имеющиеся у нас данные о черных дырах, ученые считали, что внутри этих массивных объектов ничего хорошего нас не ждет. Однако последнее компьютерное моделирование показало, что попав внутрь черной дыры можно переместиться в отдаленную часть Млечного Пути или в другую галактику. При этом одним из самых безопасных порталов может оказаться сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики – Стрелец А*. Об этом пишет Business Insider со ссылкой на исследователей из NASA.
Как вы думаете, что происходит внутри черных дыр? Поделитесь своим мнением в комментариях и с участниками нашего Telegram-чата
Мы не знаем что происходит за горизонтом событий внутри черной дыры. Ученые сходятся во мнении, что если зайти достаточно далеко в черную дыру, гравитация станет настолько сильной, что уничтожит все на своем пути. Но научно-фантастические фильмы более оптимистичны – в них черные дыры являются порталами для путешествий сквозь пространство и время или порталами для путешествий в другие миры. На самом же деле в центре каждой черной дыры находится точка бесконечной плотности, называемая сингулярностью. Именно сингулярность придает черным дырам сильное гравитационное притяжение. На протяжении десятилетий ученые считали, что сингулярности всех черных одинаковы, поэтому все, что проходит через горизонт событий, будет уничтожено одним и тем же способом: все растянется и вытянется, словно бесконечно длинные спагетти.
Перед вами первая в истории фотография черной дыры
Но все это изменилось в начале 1990-х годов, когда различные исследовательские группы в Канаде и США обнаружили вторую сингулярность, названную «сингулярностью массовой инфляции». Это открытие предполагает, что теоретически пережить путешествие сквозь черную дыру можно. Вас растянет но в конечном итоге не убьет, то есть путешествие через черную дыру можно пережить. Точнее, через большую вращающуюся черную дыру, в которой существуют сингулярности такого типа. Теперь астрономам нужно найти подходящую черную дыру, чтобы проверить эту теорию. А лучшим местом для проверки как раз является Стрелец А* – сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики, которая находится от нас на расстоянии 27 000 световых лет.
Учитывая что попасть туда нет никакой возможности, проверка этой теории возможна лишь с помощью компьютерного моделирования. Именно так и поступили ученые из университета Умасса Дартмута и колледжа Джорджии. Согласно полученным результатам, попав внутрь Стрельца А* с нужной скоростью и в нужное время вы можете вообще ничего не почувствовать.
Еще больше статей о нашей удивительной Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен
По ту сторону черной дыры
Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во вселенной
Что же касается того, что произойдет, когда вы попадете на другую сторону то тут нельзя практически ничего сказать. Но у авторов исследования есть свои собственные идеи. По мнению исследователей, существует вероятность, что вы попадете в какую-то отдаленную часть нашей галактики – потенциально удаленную от любых планет или звезд, а согласно второй вероятности вы и вовсе можете оказаться в другой галактике. Все зависит от того, как далеко в черную дыру вам удастся пройти. Тем не менее ученые полагают, что необходимы дополнительные исследования, прежде чем мы приблизимся к успешному путешествию через черную дыру. Но когда мы будем готовы, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути может оказаться нашим счастливым билетом в другую галактику.
Многих интересует, что лежит по другую сторону этого разреза. В 1935 году Эйнштейн со своим коллегой Натаном Роузеном выдвинули гипотезу о том, что маленький разрез в черной дыре может быть связан с другим маленьким разрезом в другой черной дыре, соединяя две несоизмеримые части пространства-времени узким каналом, или горловиной. Мост Эйнштейна- Роузена, как позже назвали это понятие, выглядит как черная дыра, связанная со своим отражением в зеркале.
Этот мост, наподобие черного хода, ведущего из одной черной дыры в другую, сегодня известен как «червоточина». Теоретически такой портал мог бы служить проходом сквозь пространство-время, а это как раз то, что нужно для путешествия во времени.
Торну нужно было решить проблему, как продержать канал «червоточины» открытым достаточно долго для того, чтобы можно было сквозь него пройти. Обычной материи это бы не удалось: какой бы она не была прочной, подобного путешествия она не выдержит. Торну нужно было вещество, которое может противостоять черной дыре. Ему нужна была антигравитация.
В отличие от обычной материи, которая сжимает пространство вокруг себя, антигравитация v или негативная энергия, как ее иногда называют, v как бы расталкивает его. В теории антигравитация помещена внутрь «червоточины», раскрывая его достаточно широко для того, чтобы космонавт или даже космический корабль мог через него пройти. Антигравитация могла бы справиться с такой задачей, но проблема в том, как ее добыть. Эйнштейн первым предположил существование антигравитации в 1915 году, а подтвердилось его гипотеза через восемьдесят лет. Но антигравитация Эйнштейна очень разреженна, как ложка сахара, растворенная в Тихом океане. А для того чтобы открыть «червоточину», нужен постоянный поток антигравитации.
На сегодняшний день лучшим кандидатом для создания концентрированной антигравитации считается так называемый эффект Казимира. Если две ровные металлические пластины поместить на расстояние друг от друга равное толщине человеческого волоса, они будут генерировать небольшое количество негативной энергии. Если количество этой энергии увеличить во много раз, то ее можно будет использовать для создания «червоточины». Тем временем расширение ослабит окружающую гравитацию, что не позволит разорвать путешественника на части.
Можно ли путешествовать по Вселенной с помощью черных дыр?
Вселенная полна загадок. Возьмем, к примеру, черные дыры – область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут не только объекты, движущиеся со скоростью света, но и фотоны самого света. Напомню, что существование этих таинственных объектов впервые было подтверждено в 2017 году после открытия гравитационных волн. А два года спустя, в 2019 году астрономы впервые получили самый настоящий снимок тени черной дыры. Но что еще ученым известно об этих удивительных, массивных объектах? По мнению авторов нового исследования, сверхмассивные черные дыры могут оказаться самыми настоящими «тоннелями», с помощью которых путешественники на космических кораблях теоретически могут путешествовать по бескрайней Вселенной. Примечательно, что новое исследование согласуется с тем, что думал о черных дырах великий физик-теоретик Стивен Хокинг.
По мнению некоторых ученых, черные дыры могут быть отличным способом путешествий по бескрайней Вселенной.
Черные дыры – путь в другие вселенные
В 1915 году Альберт Эйнштейн направил на публикацию работу с основными уравнениями общей теории относительности (ОТО). Применив универсальную скорость света в своих уравнениях, ученый предположил, что законы физики остаются неизменными в любой данной системе отсчета. Как мы знаем сегодня, теория гравитации описанная Эйнштейном, предсказала существование черных дыр и пространственно-временных тоннелей. А британский физик-теоретик Стивен Хокинг и вовсе считал, что черные дыры могут оказаться порталом в другие вселенные.
В работе 2015 года, опубликованной в журнале Physical Review Letters, Стивен Хокинг, Эндрю Строминджер из Гарвардского университета и Малкольм Перри из Кембриджского университета, пришли к выводу о том, что информация, поглощенная черной дырой, отправляется прямиком в другую Вселенную.
Хокинг и его коллеги опровергают утверждение о том, что все, что попадает в черную дыру, исчезает в ней бесследно и безвозвратно. Знаменитый физик-теоретик полагал, что черные дыры не живут вечно, а часть информации, поглощенной ими не исчезает бесследно, а как бы просачивается наружу в виде фотонов с почти нулевой энергией. Эти фотоны остаются в пространстве после испарения черной дыры – процесса, который получил название «излучение Хокинга».
Излучение Хокинга – главный аргумент исследователей относительно распада (испарения) небольших черных дыр. Считается, что в процессе распада черная дыра излучает в пространство элементарные частицы, преимущественно фотоны.
Стивен Хокинг выступает с докладом на собрании ведущих физиков мира в Королевском технологическом институте, 2015 год.
Согласно работе 2015 года, вся информация поглощенная черной дырой будет храниться на границе этой области, называемой горизонтом событий. Фотоны будут выступать переносчиками информации, на них будут записаны данные о свойствах частиц, «съеденных» черной дырой. «Если вы попали в черную дыру, не волнуйтесь – из нее есть выход» – сказал Хокинг в зале Стокгольмского университета. «Вот корабль погружается в черную дыру и перемещается в другую Вселенную».
Так как все в нашем мире закодировано квантово-механической информацией. Согласно законам квантовой механики, эта информация полностью никогда не исчезнет, что бы с ней не случилось. Даже если ее засосет в черную дыру. Правда, в теории Хокинга есть один немаловажный нюанс – путешествие сквозь черную дыру можно только в одну сторону – альтернативную вселенную. Сегодня, однако, многие исследователи считают, что черные дыры – теоретически – могут быть не только порталами в другие миры, но и тоннелями, с помощью которых можно путешествовать по Вселенной.
Можно ли путешествовать сквозь черные дыры?
В работе, опубликованной в ноябре 2020 года в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, астрофизики предполагают, что сверхмассивные черные дыры на самом деле могут быть «проходными» червоточинами. Напомню, под червоточинами ученые понимают гипотетическую особенность пространства-времени, представляющую собой в каждый момент времени «тоннель» в пространстве. Исследователи отмечают, что масштабы нашей Вселенной колоссальны, а с помощью червоточин космические путешественники вполне могли бы проложить путь к самым дальним уголкам Вселенной.
И вот тут начинается самое интересное – червоточины предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна (как когда-то черные дыры), но вот их существование на сегодняшний день не доказано. Команда астрофизиков во главе с Михаилом Пиотровичем, астрофизиком из Центральной астрономической обсерватории в Пулково в Санкт-Петербурге, предложила новый способ поиска гипотетических тоннелей в ткани пространства-времени.
Интересно, что астроном Карл Саган считал, что кротовые норы – единственный возможный способ путешествий по Вселенной.
Как пишут авторы научной работы, червоточины в центре чрезвычайно ярких галактик могут «излучать характерный спектр», который можно обнаружить с помощью наблюдений и мощных телескопов. Захват этой сигнатуры не только обеспечит доказательства существования червоточин, но и откроет совершенно новые возможности для потенциальных космических полетов – и даже путешествий во времени.
«Очень интересным и необычным следствием существования червоточин такого типа является факт того, что эти червоточины – естественные машины времени», — слова Михаила Пиотровича приводит портал Vice.
«Кротовые норы, которые мы рассматриваем в настоящем исследовании, являются проходимыми червоточинами, поэтому теоретически космический корабль может путешествовать сквозь них. Но, конечно, следует понимать, что мы очень мало знаем о внутреннем строении червоточин и, более того, мы не знаем наверняка, существуют ли они вообще».
Некоторые галактики содержат светящиеся ядра, называемые активными ядрами галактик (AGN), которые выбрасывают в окружающее пространство массивные двойные струи, состоящие из заряженной материи, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света. Ученые полагают, что AGN подпитываются приливными взаимодействиями между сверхмассивными черными дырами и аккреционными дисками, которые формируются из газа, пыли и звезд, падающих в них.
Червоточины могут связывать далекие участки Вселенной, подобно тоннелю.
Пиотрович и его коллеги предполагают, что AGN – это «устья червоточин», а не сверхмассивные черные дыры. Если это действительно так, то эти галактические ядра могут быть связаны друг с другом через пространство и время, что может привести к падению материи через оба устья связанной пары AGN. На самом деле идея о том, что AGN могут оказаться червоточинами, возникла еще в 2005 году, но новое исследование – первое в своем роде, предлагающее новый способ возможного обнаружения легендарных тоннелей.
Так или иначе, ближайший подобный объект находится в миллионах световых лет от Млечного Пути, так что мы при всем желании не сможем проверить слова ученых на практике. Тем не менее, обнаружение доказательств существования червоточин – даже издалека – стало бы настоящим прорывом в нашем понимании Вселенной. Более того, обнаружение червоточин также поможет ученым больше узнать о черных дырах. А как вы думаете, можно ли путешествовать сквозь черные дыры и червоточины и кто из великих ученых прошлого и настоящего все-таки прав? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.