웜홀은 , 천체 우주론에 시공간의 구조에서, 두 지점을 연결하는 통로이다. 떨어지는 사과가 1687 년 아이작 뉴턴의 중력 이론에 영감을 준 것처럼, 사과를 꿰뚫는 벌레는 또한 중력의 틀에서 새로운 이론에 영감을주었습니다.
벌레가 터널을 통해 사과 표면의 다른 지점에 도달하는 것처럼 시공간 웜홀은 더 짧은 시간에 우주의 먼 곳으로 이동할 수있는 이론적 지름길을 구성합니다.
시공간 웜홀 : 예술적 비전. 출처 : Pixabay.
많은 사람들의 상상력을 사로 잡고 계속해서 사로 잡은 아이디어입니다. 한편 우주 학자들은 그 존재를 증명할 방법을 찾기 위해 바쁘다. 그러나 현재로서는 여전히 추측의 대상입니다.
웜홀, 시간 여행 가능성, 웜홀과 블랙홀 사이에 존재하는 차이점을 이해하려면 시공간의 개념을 살펴 봐야합니다.
시공간이란 무엇입니까?
시공간의 개념은 웜홀의 개념과 밀접한 관련이 있습니다. 그것이 무엇인지, 그리고 그 주요 특징이 무엇인지 먼저 확립해야하는 이유입니다.
시공간은 우주의 모든 사건이 발생하는 곳입니다. 그리고 우주는 모든 형태의 물질 에너지 등을 수용 할 수있는 시공간의 총체입니다.
신랑이 신부를 만나는 것은 이벤트이지만이 이벤트에는 공간 좌표 인 만남의 장소가 있습니다. 그리고 시간 좌표 : 회의 연도, 월, 일 및 시간.
별의 탄생이나 초신성의 폭발도 시공간에서 일어나는 사건입니다.
이제 질량과 상호 작용이없는 우주의 한 지역에서 시공간은 평평합니다. 이것은 평행하게 시작하는 두 개의 광선이 해당 영역에 머무르는 한 이와 같이 계속된다는 것을 의미합니다. 그건 그렇고, 빛의 시간은 영원하기 때문입니다.
물론 시공간이 항상 평평하지는 않습니다. 우주에는 시공간을 수정하는 질량이있는 물체가 포함되어있어 보편적 인 규모의 시공간 곡률을 유발합니다.
가속 된 관찰자가 거대한 물체에 가까운 관찰자와 지역적으로 구별 할 수 없다는 것을 영감의 순간에 깨달은 것은 바로 알버트 아인슈타인이었습니다. 이것은 유명한 동등성 원리입니다.
그리고 가속 된 관찰자는 시공간을 구부립니다. 즉, 유클리드 기하학은 더 이상 유효하지 않습니다. 따라서 별, 행성, 은하계, 블랙홀 또는 우주 자체와 같은 거대한 물체의 환경에서는 시공간이 구부러집니다.
이 곡률은 인간에 의해 중력이라고하는 힘으로 인식되며 매일 매일 동시에 신비 스럽습니다.
중력은 우리가 주행하는 버스가 급제동을 할 때 우리를 앞으로 당기는 힘만큼이나 수수께끼입니다. 갑자기 보이지 않는 어둡고 거대한 무언가가 잠시 동안 우리를 끌어 당기고 갑자기 앞으로 나아가는 것처럼 보입니다.
행성은 질량이 시공간 표면에 함몰을 생성하여 행성이 경로를 구부리 게하므로 태양 주위를 타원으로 움직입니다. 광선은 또한 태양에 의해 생성 된 시공간 우울증을 따라 경로를 구부립니다.
공간-시간을 통한 터널
시공간이 곡면이라면 원칙적으로 터널을 통해 한 영역이 다른 영역과 연결되는 것을 방해하는 것은 없습니다. 그러한 터널을 통과하는 것은 장소를 바꾸는 것을 의미 할뿐만 아니라 다른 시간에 갈 가능성도 제공합니다.
이 아이디어는 1960 년대 미국의 유명한 시리즈 "The Time Tunnel"과 최근 Star Trek 프랜차이즈의 "Deep Space 9"및 2014 년 영화 Interstellar를 포함하여 많은 공상 과학 책, 시리즈 및 영화에 영감을주었습니다.
이 아이디어는 일반 상대성 이론의 장 방정식에 대한 해결책을 모색 한 아인슈타인 자신이 나단 로젠과 함께 지름길 역할을하는 터널을 통해 시공간의 두 영역을 연결할 수있는 이론적 해결책을 발견했습니다.
이 솔루션은 아인슈타인-로젠 다리로 알려져 있으며 1935 년에 출판 된 작품에 나타납니다.
그러나 "웜홀"이라는 용어는 1957 년에 처음으로 사용되었습니다. 이론 물리학자인 John Wheeler와 Charles Misner가 그해의 출판물을 통해 이루어졌습니다. 이전에는 "1 차원 튜브"가 동일한 아이디어를 지칭하기 위해 언급되었습니다.
1980 년 후반에 Carl Sagan은 나중에 영화로 만들어진 책인 SF 소설 "Contact"를 집필했습니다. 엘리라는 주인공은 25,000 광년 떨어진 곳에서 지적인 외계 생명체를 발견합니다. Carl Sagan은 Elly가 그곳을 여행하기를 원했지만 과학적으로 신뢰할 수있는 방식으로 여행했습니다.
지름길을 찾지 않는 한 25,000 광년 거리를 여행하는 것은 인간에게 쉬운 일이 아닙니다. 블랙홀은 해결책이 될 수 없습니다. 특이점에 접근 할 때 중력이 차등으로 인해 우주선과 승무원이 찢어 질 수 있기 때문입니다.
다른 가능성을 찾기 위해 Carl Sagan은 당시 블랙홀에 대한 주요 전문가 중 한 명인 Kip Thorne과상의했습니다. Kip Thorne은 문제에 대해 생각하기 시작했고 Einstein-Rosen이 Wheeler가 해결책이었습니다.
그러나 Thorne은 또한 수학적 솔루션이 불안정하다는 것을 깨달았습니다. 즉, 터널이 열리지 만 곧 교살되고 사라집니다.
웜홀의 불안정성
웜홀을 사용하여 공간과 시간에서 먼 거리를 이동할 수 있습니까?
그들이 발명 된 이후로 웜홀은 주인공을 멀리 떨어진 곳으로 데려가 비선형 시간의 역설을 경험하기 위해 수많은 공상 과학 플롯에서 사용되었습니다.
Kip Thorne은 웜홀 불안정성 문제에 대한 두 가지 가능한 해결책을 찾았습니다.
- 소위 양자 거품을 통해. 플랑크 스케일 ( 10-35m )에서는 마이크로 터널을 통해 시공간의 두 영역을 연결할 수있는 양자 변동이 있습니다. 가상의 매우 진보 된 문명은 통로를 넓히고 인간이 지나갈 수 있도록 충분히 오래 유지할 수있는 방법을 찾을 수 있습니다.
- 음의 질량 물질. Thorne 자신이 1990 년에 발표 한 추정에 따르면, 웜홀의 끝을 열어 두려면 엄청난 양의이 이물질이 필요합니다.
이 마지막 해결책의 놀라운 점은 블랙홀과 달리 특이점이나 양자 현상이 없으며, 이러한 유형의 터널을 통과하는 인간의 통과가 가능하다는 것입니다.
이런 식으로 웜홀은 공간의 먼 영역을 연결하는 것뿐만 아니라 시간에 따라 분리 할 수도 있습니다. 따라서 그들은 시간 여행을위한 기계입니다.
20 세기 말 우주론의 위대한 참고 인 스티븐 호킹은 웜홀이나 타임머신이 그로부터 발생하는 많은 역설과 모순 때문에 실현 가능하다고 믿지 않았습니다.
그것은 시공간의 다른 영역에있는 두 개의 블랙홀이 내부적으로 웜홀에 의해 연결될 가능성을 제안한 다른 연구자들의 정신을 약화시키지 않았습니다.
이것은 시공간 여행에는 실용적이지 않지만, 블랙홀 특이점으로 들어가는 고난을 제외하고는 또 다른 블랙홀이기 때문에 다른 끝에서 빠져 나갈 가능성이 없기 때문입니다.
블랙홀과 웜홀의 차이점
웜홀에 대해 이야기하면 즉시 블랙홀도 생각하게됩니다.
특정 임계 질량을 가진 별의 진화와 죽음 이후 자연적으로 블랙홀이 형성됩니다.
별이 핵연료를 소진하고 자체 중력으로 인해 비가 역적으로 수축하기 시작한 후에 발생합니다. 그것은 빛조차도 사건 지평선의 반경보다 더 가까운 것은 탈출 할 수없는 그러한 붕괴를 일으킬 때까지 끊임없이 계속됩니다.
이에 비해 웜홀은 드물게 발생하며, 시공간 곡률의 가상 이상 현상의 결과입니다. 이론적으로는 그것들을 통과하는 것이 가능합니다.
그러나 누군가가 블랙홀을 통과하려고한다면, 특이점 근처의 강렬한 중력과 극심한 방사능은 그것을 얇은 아 원자 입자로 만들 것입니다.
블랙홀의 존재에 대한 간접적이고 최근의 직접적인 증거가 있습니다. 이러한 증거 중에는 LIGO 중력파 관측소에서 감지 한 두 개의 거대한 블랙홀의 인력과 회전에 의한 중력파 방출 및 감지가 있습니다.
우리 은하수처럼 거대한 은하의 중심에 초 거대 블랙홀이 존재한다는 증거가 있습니다.
중심 근처에있는 별들의 빠른 회전과 그곳에서 방출되는 엄청난 양의 고주파 복사는 이러한 현상의 존재를 설명하는 거대한 블랙홀이 있다는 간접적 인 증거입니다.
2019 년 4 월 10 일, 아주 먼 은하에 위치한 초대 질량 블랙홀 (태양 질량의 70 억 배)의 첫 번째 사진이 세계에 처음 공개되었습니다. 처녀 자리 별자리의 메시에 87, 5 천 5 백만 지구에서 광년.
이 블랙홀 사진은 전 세계 200 명 이상의 과학자들이 참여한 "이벤트 호라이즌 망원경"이라는 전 세계 망원경 네트워크에 의해 가능해졌습니다.
반면에 현재까지 웜홀의 증거는 없습니다. 과학자들은 블랙홀을 감지하고 추적 할 수 있었지만 웜홀에서는 불가능했습니다.
따라서 블랙홀도 한때 있었기 때문에 이론적으로는 가능하지만 가상의 대상입니다.
다양한 / 유형의 웜홀
아직 탐지되지 않았거나 이로 인해 정확하게 웜홀에 대한 다양한 가능성이 상상되었습니다. 그들은 일반 상대성 이론에 대한 아인슈타인의 방정식을 만족시키기 때문에 이론적으로 모두 가능합니다. 다음은 몇 가지입니다.
- 같은 우주의 두 시공간 영역을 연결하는 웜홀.
- 하나의 우주를 다른 우주와 연결할 수있는 웜홀.
- 물질이 한 구멍에서 다른 구멍으로 이동할 수있는 아인슈타인-로젠 다리. 이 물질의 통과는 불안정성을 유발하여 터널 자체가 무너지게합니다.
- 킵 손 (Kip Thorne)의 웜홀. 안정적이고 양방향으로 횡단 할 수 있습니다.
- 두 개의 연결된 정적 블랙홀로 구성된 소위 Schwarzschild 웜홀. 물질과 빛은 두 극단 사이에 갇혀 있기 때문에 횡단 할 수 없습니다.
- 내부적으로 연결된 두 개의 동적 블랙홀로 구성되며 한 방향으로 만 횡단 할 수있는로드 및 / 또는 회전 또는 커 웜홀.
- 아 원자 수준에서 그 존재가 이론화되는 시공간의 양자 거품. 폼은 서로 다른 영역을 연결하는 매우 불안정한 아 원자 터널로 구성됩니다. 이를 안정화하고 확장하려면 쿼크-글루온 플라즈마를 생성해야하는데, 생성하려면 거의 무한한 양의 에너지가 필요합니다.
- 최근에는 끈 이론 덕분에 우주 끈이 지원하는 웜홀이 이론화되었습니다.
- 얽히고 분리 된 블랙홀에서 시공간 구멍이 생기거나 중력에 의해 함께 고정되는 아인슈타인-로젠 다리. 이것은 물리학 자 Juan Maldacena와 Leonard Susskind가 2013 년 9 월에 제안한 이론적 해결책입니다.
그것들은 아인슈타인의 일반 상대성 방정식과 모순되지 않기 때문에 모두 완벽하게 가능합니다.
웜홀이 보일까요?
오랫동안 블랙홀은 아인슈타인 방정식의 이론적 해결책이었습니다. 아인슈타인 자신은 그들이 인류에 의해 발견 될 수있는 가능성에 의문을 제기했습니다.
상대성 이론의 저자 인 Albert Einstein (1879-1955). 출처 : Pixabay.
그래서 오랫동안 블랙홀은 발견되고 발견 될 때까지 이론적 예측으로 남아있었습니다. 과학자들은 웜홀에 대해 동일한 희망을 가지고 있습니다.
그들도 거기에있을 가능성이 매우 높지만, 그것들을 찾는 법은 아직 배우지 않았습니다. 최근 출판물에 따르면 웜홀은 망원경으로도 관찰 할 수있는 흔적과 그림자를 남깁니다.
광자는 웜홀 주위를 이동하여 빛나는 고리를 생성하는 것으로 믿어집니다. 가장 가까운 광자는 내부로 떨어지고 블랙홀과 구별되는 그림자를 남깁니다.
인도 뭄바이에있는 Tata Institute for Fundamental Research의 물리학자인 Rajibul Shaikh에 따르면, 일종의 회전하는 웜홀은 블랙홀보다 더 크고 뒤틀린 그림자를 생성합니다.
그의 작품에서 Shaikh는 특정 종류의 회전하는 웜홀에 의해 투사되는 이론적 그림자를 연구하여 블랙홀과 식별 및 구별 할 수있는 광자 그림자의 형성에서 구멍 목의 결정적인 역할에 초점을 맞추 었습니다.
Shaikh는 또한 웜홀의 회전에 대한 그림자의 의존성을 분석하고 회전하는 Kerr 블랙홀에 의해 드리 워진 그림자와 비교하여 상당한 차이를 발견했습니다. 완전히 이론적 인 작업입니다.
그 외에도 현재로서는 웜홀이 수학적 추상화로 남아 있지만 일부는 곧 발견 될 수 있습니다. 다른 극단에있는 것은 현재로서는 여전히 추측의 주제입니다.
참고 문헌
- 양자 얽힘은 중력을 일으킬 수 있습니다. Cienciaaldia.com에서 가져온
- Progress of Physics, Vol 61, 2013 년 9 월호 페이지 781-811
- 벌레 구멍. wikipedia.org에서 가져옴
- 시공간. wikipedia.org에서 가져 왔습니다.
- 데이비드 닐드 (2018). Crazy New Paper는 망원경으로 쉽게 볼 수있는 웜홀이 그림자를 드리 우는 것을 제안합니다. sciencealert.com에서 가져옴