L'épopée spatiale Interstellar (film de science-fiction sorti en octobre 2014) raconte l'histoire d'astronautes qui, à la recherche d'options pour sauver l'humanité, découvrent la «route de la vie» représentée par un tunnel mystérieux.
Ce passage apparaît inexplicablement près de Saturne et dans l'espace-temps emmène une personne dans une galaxie lointaine, offrant ainsi une chance de trouver des planètes habitées par des créatures vivantes. Des planètes qui peuvent devenir une deuxième maison pour les gens.
L'hypothèse de l'existence d'un tunnel cinématographique, appelé par les scientifiques «trou de ver» ou «trou de ver», a été précédée d'une véritable théorie physique, qui a été proposée par l'un des premiers astrophysiciens et ancien professeur au California Institute of Technology Kip Thorne.
Kip Thorne a également aidé l'astronome, l'astrophysicien, vulgarisateur de la science et l'un de ceux qui ont lancé le projet de recherche d'intelligence extraterrestre - Carl Sagan - pour créer un modèle de trou de ver pour son roman Contact. La crédibilité des visuels du film pour les scientifiques de l'espace est si évidente que les astrophysiciens admettent qu'ils sont peut-être les représentations les plus précises des trous de ver et des trous noirs dans le cinéma mondial.
Il n'y a qu'un "petit" détail dans ce film qui hante le spectateur attentif: voler dans un espace express comme celui-ci est bien sûr génial, mais les pilotes pourront-ils garder un chêne pendant ce mouvement très interstellaire?
Les créateurs du blockbuster spatial ont choisi de ne pas mentionner que la théorie originale des trous de ver appartenait à d'autres grands théoriciens de l'astrophysique - elle a été lancée par Albert Einstein, avec son assistant Nathan Rosen. Ces scientifiques ont essayé de résoudre les équations d'Einstein pour la relativité générale afin que le résultat soit un modèle mathématique de l'univers entier, avec les forces gravitationnelles et les particules élémentaires qui forment la matière. Au cours de tout cela, on a tenté d'imaginer l'espace comme deux plans géométriques reliés entre eux par des "ponts".
En parallèle, mais indépendamment d'Einstein, des travaux similaires ont été menés par un autre physicien - Ludwig Flamm, qui en 1916, également en résolvant les équations d'Einstein, a fait sa découverte de tels "ponts".
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Les trois "Mostostroevites" ont subi une déception générale, car la "théorie de tout ce qui existe" s'est avérée non viable: ces "ponts" agissaient en théorie différemment des particules élémentaires réelles.
Néanmoins, en 1935, Einstein et Rosen publient un ouvrage dans lequel ils exposent leur propre théorie des tunnels dans le continuum espace-temps. Ce travail, tel que conçu par les auteurs, était évidemment censé amener d'autres générations de scientifiques à réfléchir à la possibilité d'appliquer une telle théorie.
Trous de ver de Wheeler
À une certaine époque, le physicien de l'Université de Princeton, John Wheeler, a introduit dans le mot circulation la désignation «trou de ver», qui a été utilisée pendant plusieurs années pour étudier la construction de modèles de «ponts» selon la théorie d'Einstein-Rosen. Wheeler a remarqué: ce "pont" ressemble douloureusement à un mouvement rongé par un ver dans un fruit. Imaginez une fourmi rampant d'un côté à l'autre d'une poire - elle est capable soit de ramper sur toute la surface courbe, soit, en raccourcissant le chemin, de traverser le fruit à travers un tunnel de trou de ver.
Et si nous imaginons que notre continuum espace-temps tridimensionnel est la peau d'une poire, que comme une surface courbe englobe une «masse» de dimensions beaucoup plus grandes? Peut-être que le "pont" Einstein-Rosen est le tunnel même qui traverse cette "masse", il permet aux pilotes de vaisseaux spatiaux de réduire la distance dans l'espace entre deux points. Probablement, dans ce cas, nous parlons d'une véritable solution mathématique de la théorie générale de la relativité.
Selon Wheeler, les bouches des "ponts" Einstein-Rosen rappellent beaucoup le soi-disant trou noir de Schwarzschild - une matière simple avec une forme sphérique et une densité si élevée que sa force gravitationnelle ne peut être surmontée même par la lumière. Les astronomes croient fermement à l'existence de «trous noirs». Ils pensent que ces formations naissent lorsque des étoiles très massives «s'effondrent» ou s'éteignent.
Dans quelle mesure l'hypothèse selon laquelle un «trou noir» est-il la même chose qu'un «trou de ver» ou un tunnel qui permet un voyage spatial sur de longues distances est-elle bien fondée? Peut-être du point de vue des mathématiques, cette affirmation est vraie. Mais seulement en théorie: il n'y aura pas de survivants dans une telle expédition.
Le modèle de Schwarzschild représente le milieu sombre du «trou noir» comme un point singulier ou une boule stationnaire neutre centrale avec une densité infinie. Les calculs de Wheeler montrent les conséquences de ce qui s'est passé en cas de formation d'un tel «trou de ver» lorsque deux points singuliers (les «trous noirs» de Schwarzschild) dans deux parties éloignées de l'Univers convergent dans sa «masse» et créent un tunnel entre eux.
Le chercheur a découvert: un tel «trou de ver» a un caractère instable: le tunnel se forme d'abord, puis s'effondre, après quoi il ne reste plus que deux points singuliers («trous noirs»). La procédure d'apparition et de fermeture du tunnel est si rapide comme l'éclair que même un rayon de lumière ne peut pas y pénétrer, encore moins un astronaute essayant de s'y glisser - il sera avalé par un «trou noir». Pas de blague - nous parlons de mort instantanée, car les forces gravitationnelles d'une puissance folle vont mettre une personne en pièces.
"Trous noirs" et "points blancs"
Thorne a sorti en même temps que le film le livre "Les fondements scientifiques du film" Interstellaire ". Dans ce travail, il confirme:" Tout corps - vivant ou inanimé - au moment où le tunnel s'effondre sera écrasé et mis en pièces!"
Pour une autre variante alternative - le «trou noir» rotatif de Kerr - les chercheurs sur les «points blancs» dans les voyages interplanétaires ont trouvé une solution différente à la théorie générale de la relativité. La singularité à l'intérieur du «trou noir» de Kerr a une forme différente, non sphérique, mais annulaire.
Certains modèles de celui-ci peuvent donner à une personne une chance de survivre en vol interstellaire, mais seulement si le navire passe ce trou exclusivement par le centre de l'anneau. Quelque chose comme le basket-ball spatial, seul le coût de frapper ici n'est pas des points supplémentaires: l'existence d'un vaisseau spatial avec son équipage est en jeu.
Kip Thorne, auteur de The Scientific Basics of Interstellar, doute de l'état de cette théorie. En 1987, il a écrit un article sur le vol à travers un trou de ver, où il souligne un détail important: la gorge du tunnel de Kerr a une section très peu fiable, qui s'appelle " l'horizon de Cauchy ".
Comme le montrent les calculs correspondants, dès que le corps tente de passer ce point, le tunnel s'effondre. De plus, et sous la condition d'une certaine stabilisation du «trou de ver», celui-ci, comme le dit la théorie quantique, sera immédiatement rempli de particules rapides de haute énergie.
Par conséquent, lorsque vous vous enfoncez dans le «trou noir» de Kerr, une croûte grillée sèche restera de vous.
La raison - "action étrange à distance"?
Le fait est que les physiciens n'ont pas encore adapté les lois classiques de la gravité à la théorie quantique - cette branche des mathématiques est trop difficile à comprendre et de nombreux scientifiques ne lui ont pas encore donné une définition exacte.
Dans le même temps, le scientifique de Princeton Juan Malsadena et son collègue de Stanford Leonard Susskind ont suggéré que les trous de ver ne sont évidemment rien de plus que l'incarnation matérielle de l'intrication au moment où les objets quantiques se connectent - qu'ils soient ou non éloignés les uns des autres. ami.
Albert Einstein avait son propre nom pour un tel enchevêtrement - "action effrayante à longue portée", le grand physicien ne pensait pas être d'accord avec le point de vue généralement accepté. Malgré cela, de nombreuses expériences ont prouvé l'existence de l'intrication quantique. De plus, il est déjà utilisé à des fins commerciales - il protège la transmission de données en ligne, comme les transactions bancaires.
Selon Malsadena et Susskind, dans de grands volumes, l'intrication quantique peut affecter le changement de la géométrie du continuum espace-temps et contribuer à l'émergence de «trous de ver» sous forme de «trous noirs» enchevêtrés. Mais l'hypothèse de ces scientifiques ne permet pas la formation de tunnels interstellaires praticables.
Selon Malsadena, ces tunnels, d'une part, ne permettent pas de voler plus vite que la vitesse de la lumière, et d'autre part, ils peuvent aider les astronautes à se retrouver encore là, à l'intérieur, avec quelqu'un de «différent». Cependant, il n'y a pas de plaisir à une telle rencontre, puisque la rencontre sera suivie d'une mort inévitable due à un impact gravitationnel au centre du «trou noir».
En un mot, les «trous noirs» sont un véritable obstacle à l'exploration spatiale humaine. Dans ce cas, que pourrait être un trou de ver? Selon le scientifique du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics Avi Loeb, les gens ont de nombreuses options sur ce point: puisqu'il n'y a pas de théorie combinant la relativité générale et la mécanique quantique, nous ne sommes pas conscients de l'ensemble des structures spatio-temporelles possibles où des trous de ver peuvent apparaître..
Ils s'effondrent
Mais ici aussi, tout n'est pas si simple. Le même Kip Thorne en 1987 a établi une caractéristique pour que tout «trou de ver» correspondant à la théorie générale de la relativité s'effondre s'il n'est pas essayé de le maintenir ouvert en raison de la matière dite exotique, qui a une énergie négative ou antigravité. Thorne assure: l'existence d'exomatter peut être établie expérimentalement.
Des expériences montreront que les fluctuations quantiques dans le vide sont évidemment capables de créer une pression négative entre deux miroirs placés très près.
À leur tour, selon Avi Loeb, si vous observez la soi-disant énergie sombre, ces études donneront encore plus de raisons de croire en l'existence de matière exotique.
Un scientifique du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics dit que «… nous voyons comment, au cours de l'histoire cosmique récente, les galaxies s'éloignent de nous à une vitesse qui augmente avec le temps, comme si elles étaient affectées par l'antigravité - une telle expansion accélérée de l'Univers peut être expliquée si l'Univers est rempli d'une substance avec pression négative, exactement le matériel nécessaire à l'émergence d'un trou de ver … ».
En même temps, Loeb et Thorne pensent que même si un "trou de ver" est capable d'apparaître naturellement, il nécessitera beaucoup de matière exotique. Seule une civilisation très développée sera capable d'accumuler une telle réserve d'énergie et de stabiliser ultérieurement un tel tunnel.
Dans les vues sur cette théorie, il n'y a pas non plus "d'accord entre les camarades". Par exemple, voici ce que pense leur collègue Malsaden des découvertes de Loeb et Thorne:
«… Je crois que l'idée d'un trou de ver stable et praticable n'est pas assez intelligible et, apparemment, ne correspond pas aux lois connues de la physique…» Sabina Hossenfelder de l'Institut scandinave de physique théorique en Suède et rompt complètement les conclusions de Leb-Thorn en un éclair: «… Nous avons il n'y a absolument aucune preuve de l'existence de matière exotique. De plus, il y a une croyance répandue qu'il ne peut pas exister, car s'il existait, le vide serait instable …"
Même dans le cas de l'existence d'une telle matière exotique, Hossen-felder développe sa pensée, se déplacer à l'intérieur serait extrêmement désagréable: à chaque fois les sensations seraient en proportion directe avec le degré de courbure de la structure spatio-temporelle autour du tunnel et sur la densité d'énergie à l'intérieur. Sabine Hossenfelder conclut:
"… C'est très similaire aux" trous noirs ": les forces de marée sont trop grandes - et une personne sera mise en pièces …"
Ironiquement, malgré ses contributions à Interstellar, Thorne ne croit pas vraiment qu'un tel tunnel traversable puisse jamais apparaître. Et dans la possibilité de le traverser (sans aucun mal!) - les astronautes - et plus encore. Il l'admet lui-même dans son livre:
"… S'ils [les tunnels] peuvent exister, alors je doute fort qu'ils puissent surgir naturellement dans l'Univers astrophysique …"
… Alors croyez aux films de science-fiction!
Oleg Timokhin
