Storia, teoria, formazione di Worm Hole

UN wormhole, In astrofisica e cosmologia, è un passaggio che collega due punti nel tessuto spaziale. Mentre la caduta della mela ispirava la teoria della gravitazione di Isaac Newton nel 1687, i vermi che Pierce mele hanno ispirato nuove teorie, anche nel quadro della gravitazione.

Proprio come il worm riesce a raggiungere un altro punto sulla superficie delle mele attraverso un tunnel, i fori del verme spazio-temporale costituiscono scorciatoie teoriche che consentono il viaggio verso siti distanti nell'universo in meno tempo.

Buco del verme spazio-temporale: visione artistica. Fonte: Pixabay.

È un'idea che ha catturato e continua a catturare l'immaginazione di molti. Nel frattempo, i cosmologi si prendono cura di cercare modi per verificare la loro esistenza. Ma per i momenti sono ancora soggetti a speculazione.

Per avvicinarsi un po 'alla comprensione dei wormhole, alla possibilità di viaggiare nel tempo attraverso di loro e alle differenze che esistono tra buchi del verme e buchi neri, devi trovarsi nel concetto di spazio-tempo.

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Cos'è lo spazio-tempo?

Il concetto di spazio-tempo è strettamente legato a quello del wormhole. Ecco perché è necessario prima stabilire qual è la sua caratteristica principale e cosa è.

Lo spazio-tempo è dove ognuno degli eventi si verifica nell'universo. E l'universo a sua volta è l'intero tempo di spazio, in grado di ospitare tutte le forme di energia e altro ..

Quando il ragazzo incontra la sposa è un evento, ma questo evento ha coordinate spaziali: il luogo dell'incontro. E una coordinata temporanea: anno, mese, giorno e ora dell'incontro.

La nascita di una stella o l'esplosione di una supernova, sono anche eventi che si sviluppano nello spazio-tempo.

Ora, in una regione dell'universo e delle interazioni senza massa, lo spazio-tempo è piatto. Ciò significa che due raggi luminosi che iniziano paralleli continuano così, purché rimangono in quella regione. A proposito, per un raggio di tempo leggero è eterno.

Naturalmente, lo spazio-tempo non è sempre piatto. L'universo contiene oggetti che hanno una massa che modificano lo spazio-tempo, causando una curvatura spaziale su scala universale.

Fu lo stesso Albert Einstein a realizzare, in un momento di ispirazione che chiamò "L'idea più felice della mia vita", Che un osservatore accelerato sia localmente indistinguibile da un altro vicino a un oggetto enorme. È il famoso principio di equivalenza.

E un osservatore accelerato curve spazio-tempo, cioè la geometria euclidea cessa di essere valida. Pertanto, nei dintorni di un oggetto enorme come una stella, un pianeta, una galassia, un buco nero o l'universo stesso, lo spazio-tempo è curvo.

Questa curvatura è percepita dagli esseri umani come una forza chiamata gravità, ogni giorno ma misterioso allo stesso tempo.

La gravità è enigmatica come la forza che ci spinge in avanti quando l'autobus su cui viaggiamo improvvisamente si frenano. È come se improvvisamente qualcosa di invisibile, oscuro e enorme, per alcuni istanti che ci ha messo di fronte e ci attraversa, improvvisando in avanti.

I pianeti si muovono ellitticamente attorno al sole perché la massa produce una depressione sulla superficie dello spazio-tempo che fa curvare i pianeti le loro traiettorie. Un raggio luminoso curva anche la sua traiettoria seguendo la depressione spaziale prodotta dal sole.

Tunnel attraverso lo spazio - tempo

Se lo spazio-tempo è una superficie curva, in principio nulla impedisce a un'area di connettersi con un'altra attraverso un tunnel. Viaggiare attraverso un tale tunnel implicherebbe non solo i cambiamenti, ma offre anche la possibilità di andare in un'altra volta.

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Questa idea ha ispirato molti libri, serie e film di fantascienza, tra cui la famosa serie americana degli anni sessanta "The Tunction of Time" e più recentemente "Deep Space 9" del franchise di Star Trek e il film interstellare del 2014 del 2014.

L'idea proveniva dallo stesso Einstein, che, in cerca di soluzioni nel campo della relatività generale, trovata con Nathan Rosen una soluzione teorica che consentiva di collegare due diverse regioni di spazio-tempo attraverso un tunnel che funzionava come scorciatoia.

Questa soluzione è conosciuta come il Einstein Bridge - Rosen e appare in un'opera pubblicata nel 1935.

Tuttavia, il termine "buco del verme" fu usato per la prima volta nel 1957, grazie ai fisici teorici John Wheeler e Charles Misner in una pubblicazione di quell'anno. In precedenza si era discusso di "tubi monodimensionali" per riferirsi alla stessa idea.

Più tardi nel 1980, Carl Sagan stava scrivendo il romanzo di fantascienza "Contatto", un libro di cui è stato successivamente realizzato un film. Il protagonista di nome Elly, scopre una vita extraterrestre intelligente a 25 mila anni luce di distanza. Carl Sagan voleva che Elly viaggiasse lì, ma in un modo che era scientificamente credibile.

Touring a 25 mila anni luce di distanza non è un compito facile per un essere umano, a meno che non venga ricercata una scorciatoia. Un buco nero non può essere una soluzione, dato che quando si avvicina alla singolarità, la gravità differenziale avrebbe strappato la nave e il suo equipaggio.

Alla ricerca di altre possibilità, Carl Sagan ha consultato uno dei principali esperti nei buchi neri del tempo: Kip Thorne, che ha iniziato a pensare alla questione e si è reso conto che i ponti di Einstein-Rosen o i fori dei worm di Wheeler erano la soluzione.

Tuttavia, Thorne ha anche capito che la soluzione matematica era instabile, cioè il tunnel si apre, ma presto si strantra e scompare.

L'instabilità dei wormhole

È possibile usare wormhole per percorrere grandi distanze nello spazio e nel tempo?

Da quando sono stati ideati, i wormhole hanno servito in numerosi trame di fantascienza per portare i loro protagonisti in luoghi remoti e sperimentare i paradossi del tempo non lineare.

Kip Thorne ha trovato due possibili soluzioni al problema dell'instabilità dei wormhole:

• A chiamata Schiuma quantistica. Sulla scala di Planck (10^-35 m) Esistono fluttuazioni quantistiche in grado di collegare due regioni spaziali attraverso i microtunnel. Una civiltà ipotetica molto avanzata potrebbe trovare un modo per allargare i passaggi e mantenerli abbastanza tempo per passare un essere umano.
• Massa negativa. Secondo i calcoli pubblicati nel 1990 da Thorne, sarebbero necessarie enormi quantità di questa strana questione per mantenere aperte le estremità del buco del verme.

La cosa straordinaria di quest'ultima soluzione è che, a differenza dei buchi neri, non esiste una singolarità o fenomeni quantistici, e il passaggio degli umani attraverso questo tipo di tunnel sarebbe possibile.

In questo modo, i wormhole non solo consentirebbero a collegare regioni distanti nello spazio, ma anche separate nel tempo. Pertanto sono macchine per viaggiare in tempo.

Stephen Hawking, il grande riferimento della cosmologia della fine del Twentie.

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Ciò non ha ridotto gli spiriti di altri ricercatori, che hanno suggerito la possibilità che due buchi neri in diverse aree dello spazio-tempo siano collegate internamente da un buco del verme.

Sebbene questo non sarebbe pratico per i viaggi temporali dello spazio, poiché a parte le tribolazioni che porterebbero all'unicità del buco nero, non ci sarebbe alcuna possibilità di uscire dall'altra parte, poiché è un altro buco nero.

Differenze tra buchi neri e wormhole

Quando parli di un buco del verme, pensi immediatamente anche ai buchi neri.

Un buco nero è naturalmente formato, dopo l'evoluzione e la morte di una stella che ha una certa massa critica.

Si presenta dopo che la stella esaurisce il suo combustibile nucleare e inizia a contrarre irreversibilmente a causa della propria forza gravitazionale. Continua a causare un tale collasso, che nulla a una distanza inferiore rispetto al raggio dell'orizzonte dell'evento può scappare, nemmeno la luce.

In confronto, un buco del verme è un aspetto eccezionale, una conseguenza di un'anomalia ipotetica nella curvatura spaziale. In teoria è possibile attraversarli.

Tuttavia, se qualcuno cercasse di attraversare un buco nero, una gravità intensa e una radiazione estrema nell'ambiente vicino della singolarità lo renderebbe un filo sottile di particelle subatomiche.

Vi sono prove indirette e solo molto recenti dell'esistenza di buchi neri. Tra queste prove vi sono l'emissione e il rilevamento di onde gravitazionali per l'attrazione e la rotazione di due fori neri colossali, rilevati dall'Osservatorio delle onde gravitazionali Ligo.

Ci sono prove che al centro delle grandi galassie, poiché la nostra via lattea c'è un buco nero super massiccio.

La rapida rotazione delle stelle vicino al centro, così come l'enorme quantità di radiazioni ad alta frequenza che emana da lì, sono prove indirette che esiste un enorme buco nero che spiega la presenza di questi fenomeni.

Era a malapena il 10 aprile 2019 che la prima fotografia di un buco nero supermassiccio (7000 milioni di volte la massa del sole) è stata mostrata al mondo, situata in una galassia molto lontana: Messier 87 nella costellazione della Virgo, a 55 milioni di anni luce della terra.

Questa fotografia di un buco nero era possibile grazie alla rete mondiale di telescopi, chiamata "Event Horizon Telescope", con la partecipazione di oltre 200 scienziati in tutto il mondo.

Di wormholes invece, fino ad oggi non ci sono prove. Gli scienziati sono stati in grado di rilevare e monitorare un buco nero, tuttavia lo stesso non è stato possibile con i wormhole.

Pertanto sono oggetti ipotetici, sebbene teoricamente fattibili, come in un momento erano anche buchi neri.

Varietà/tipi di wormhole

Sebbene non siano ancora stati rilevati, o forse proprio per questo, sono state immaginate diverse possibilità di wormhole. Tutti sono teoricamente fattibili, poiché le equazioni di Einstein per la relatività generale soddisfano. Ce ne sono alcuni qui:

• Wormhole che collegano due regioni spaziali dello stesso universo.
• Wormhole in grado di collegare un universo con un altro universo.
• Ponti di einstein-rosen, in cui la questione potrebbe spostarsi da un'ina apertura all'altra. Sebbene questo passaggio della materia causerebbe l'instabilità, crollando il tunnel su se stesso.
• Il buco del verme di Kip Thorne, con una cascar sferica di materia di massa negativa. È stabile e crosabile in entrambe le direzioni.
• Il foro worm Schwarzschild così chiamato Schwarzschild, costituito da due fori neri collegati. Non sono crosabili, poiché la materia e la luce sono intrappolate tra i due estremi.
• Wormhole con caricamento e/o rotazione o kerr, costituiti da due fori neri collegati internamente, attraversati in una direzione.
• Schiuma dello spazio-tempo quantico, la cui esistenza è teorizzata a livello subatomico. La schiuma è costituita da tunnel subatomici altamente instabili che collegano aree diverse. Per stabilizzarli ed espanderli, sarebbe necessaria la creazione di un plasma di quark e gluoni, che richiederebbe una quantità quasi infinita di energia per la sua generazione.
• Più recentemente, grazie alla teoria delle stringhe, ha teorizzato i buchi del verme sostenuti dalle corde cosmiche.
• Buchi neri neri e poi separati, da cui sorge un buco spaziale, o ponte Einstein-Rosen che rimane unito dalla gravità. Questa è una soluzione teorica proposta a settembre 2013 dai fisici Juan Maldacena e Leonard Susskind. 

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Tutti sono perfettamente possibili, poiché non sono contraddittori con le equazioni di relatività generale di Einstein.

È possibile vedere un giorno di wormhole?

Per molto tempo, i buchi neri erano soluzioni teoriche delle equazioni di Einstein. Einstein stesso ha messo in dubbio la possibilità che potessero mai essere rilevati dall'umanità.

Albert Einstein (1879-1955), autore della teoria della relatività. Fonte: Pixabay.

Quindi per lungo tempo, i buchi neri sono rimasti come previsione teorica, fino a quando non hanno trovato e localizzato. Gli scienziati ospitano la stessa speranza per quanto riguarda i wormhole.

È molto probabile che siano anche lì, ma non è stato ancora imparato a individuarli. Sebbene secondo una pubblicazione molto recente, i wormholes lascerebbero tracce e ombre osservabili anche con telescopi.

Si ritiene che i fotoni si muovano attorno al wormhole che generano un anello leggero. I fotoni più vicini cadono dentro e lasciano dietro di sé un'ombra che permetterà loro di differenziarli dai buchi neri.

Secondo Rajibul Shaikh, fisico dell'Istituto Tata per la ricerca fondamentale di Mumbai in India, un tipo di buco del verme rotativo produrrebbe un'ombra sempre più grande di quella di un buco nero.

Nel suo lavoro, Shaikh ha studiato le ombre teoriche proiettate da un certo tipo di wormhole rotanti, concentrandosi sulla carta cruciale della gola del buco per la formazione di un'ombra di fotoni che consente di identificarlo e differenziarlo da un buco nero.

Shaikh ha anche analizzato la dipendenza dell'ombra con la rotazione del buco del verme e lo ha anche confrontato con l'ombra che proietta un buco rotante nero di Kerr, trovando differenze significative. È un lavoro completamente teorico.

A parte questo, per i momenti, i wormhole rimangono come astrazioni matematiche, ma è possibile che alcuni siano in grado di vedere alcuni. Ciò che è dall'altra parte, al momento è ancora oggetto di congetture. 

Riferimenti

1. L'intrattenimento quantistico peda per dare origine alla gravità. Tratto da Sciencealdia.com
2. Progress of Physics, vol 61, numero di settembre 2013 pagine 781-811
3. Wormhole. Tratto da Wikipedia.org
4. Spazio tempo. Tratto da Wikipedia.org.
5. David Nield (2018). Il nuovo pazzo carta suggerisce ombre del cast wormholes che potremmo facilmente vedere con i telescopi. Tratto da Sciencealert.com