CRVOTOČINA: POVIJEST, TEORIJA, VRSTE, FORMACIJA - ARTE - 2026

Crvotočina, u astrofizici i kozmologiji je prolaz koji spaja dvije točke u tkivu prostor-vremena. Baš kao što je padajuća jabuka inspirisala teoriju gravitacije Isaaca Newtona 1687. godine, crvi koji probijaju jabuke nadahnuli su nove teorije, također u okviru gravitacije.

Kao što crv uspije doći do druge točke na površini jabuke kroz tunel, prostorno-vremenske crvotočine čine teoretske prečace koji mu omogućuju da putuje u udaljenije dijelove svemira za manje vremena.

Prostor-vrijeme crvotočina: umjetnička vizija. Izvor: Pixabay.

To je ideja koja je uhvatila i nastavlja plijeniti maštu mnogih. U međuvremenu, kosmolozi su zauzeti traženjem načina da dokažu svoje postojanje. Ali trenutno su još uvijek predmet nagađanja.

Da se malo približimo razumijevanju crvotočina, mogućnosti putovanja vremenom kroz njih i razlikama koje postoje između crvotočina i crnih rupa, moramo pogledati koncept prostor-vrijeme.

Što je prostorno vrijeme?

Koncept prostora i vremena usko je povezan s crvotočinom. Zato je najprije potrebno ustanoviti što je to i koja je njegova glavna karakteristika.

Prostorno vrijeme je mjesto gdje se događa svaki događaj u svemiru. A svemir je zauzvrat sveukupnost prostora-vremena, sposobna prihvatiti sve oblike energije-materije i još više…

Kad mladoženja upozna mladenku to je događaj, ali taj događaj ima prostorne koordinate: mjesto susreta. I koordinata vremena: godina, mjesec, dan i vrijeme sastanka.

Rođenje zvijezde ili eksplozija supernove također su događaji koji se odvijaju u prostor-vremenu.

Sada, u području svemira bez mase i interakcija, prostor je vremenski ravan. To znači da dvije zrake svjetla koje započinju paralelno nastavljaju se ovako, sve dok ostanu u toj regiji. Usput, za zrak svjetlosti vrijeme je vječno.

Naravno, prostor-vrijeme nije uvijek ravan. Svemir sadrži predmete koji imaju masu koja mijenja prostor-vrijeme, uzrokujući zakrivljenost prostora-vremena na univerzalnoj ljestvici.

Upravo je Albert Einstein shvatio da je, u trenutku nadahnuća, nazvao "najsretnijom idejom mog života", da se ubrzani promatrač lokalno ne razlikuje od onog koji je blizak masivnom objektu. To je poznati princip ekvivalencije.

I ubrzani promatrač savija prostor-vrijeme, tj. Euklidska geometrija više ne vrijedi. Stoga se u okruženju ogromnog objekta poput zvijezde, planeta, galaksije, crne rupe ili samog svemira zavoja prostor-vrijeme.

Ova zakrivljenost ljudska bića doživljavaju kao silu koja se naziva gravitacijom, svakodnevnom ali istovremeno i tajanstvenom.

Gravitacija je jednako zagonetna koliko i sila koja nas vuče naprijed kada autobus u kojem putujemo naglo koči. Kao da se odjednom nešto nevidljivo, mračno i masivno, na trenutak kreće i privlači, iznenada nas tjerajući naprijed.

Planeti se eliptično kreću oko Sunca jer njegova masa proizvodi depresiju na površini i vremenu koja uzrokuje da planeti zakrive svoje putanje. Svjetlosna zraka također kriva svoj put prateći prostorno-vremensku depresiju koju proizvodi Sunce.

Tuneli kroz prostor - vrijeme

Ako su prostor-vrijeme zakrivljena površina, u načelu ništa ne sprječava da se jedno područje poveže s drugim kroz tunel. Putovanje kroz takav tunel ne bi samo podrazumijevalo promjenu mjesta, već nudi i mogućnost odlaska u neko drugo vrijeme.

Ova ideja potaknula je mnoge znanstvenofantastične knjige, serije i filmove, uključujući čuvenu američku seriju "Tunel vremena" iz 1960. i noviju "Deep Space 9" iz franšize Star Trek i film Interstellar iz 2014. godine.

Ideja je potekla od samog Einsteina koji je, tražeći rješenja u poljskim jednadžbama Opće relativnosti, pronašao zajedno s Nathanom Rosenom teorijsko rješenje koje je omogućilo povezivanje dva različita područja prostora-vremena kroz tunel koji je funkcionirao kao prečac.

To je rješenje poznato kao most Einstein - Rosen i pojavljuje se u djelu objavljenom 1935. godine.

No, izraz "crvotočna rupa" prvi put je upotrijebljen 1957, zahvaljujući teorijskim fizičarima Johnu Wheeleru i Charlesu Misneru u publikaciji te godine. Prije toga se govorilo o „jednodimenzionalnim cijevima“ koji se odnose na istu ideju.

Kasnije 1980. Carl Sagan napisao je znanstvenofantastični roman "Kontakt", knjigu koja je kasnije pretočena u film. Glavni junak Elly otkriva inteligentni izvanzemaljski život udaljen 25 tisuća svjetlosnih godina. Carl Sagan želio je da Elly otputuje tamo, ali na način koji je znanstveno vjerodostojan.

Putovanje udaljeno 25 tisuća svjetlosnih godina nije lak zadatak za čovjeka, osim ako se ne traži prečac. Crna rupa ne može biti rješenje, jer bi se prilikom približavanja singularnosti diferencijalna gravitacija rastrgala svemirskom brodu i njegovoj posadi.

U potrazi za drugim mogućnostima, Carl Sagan konzultirao je jednog od vodećih stručnjaka za crne rupe vremena: Kip Thornea, koji je počeo razmišljati o tom pitanju i shvatio da su mostovi Einstein-Rosen ili crvotočine Wheeler su rješenje.

No Thorne je također shvatio da je matematičko rješenje nestabilno, odnosno da se tunel otvara, ali ubrzo nakon toga zadavi se i nestane.

Nestabilnost crvotočina

Je li moguće koristiti crvotočine za putovanje velikih udaljenosti u prostoru i vremenu?

Otkako su izmišljeni, crvotočine su poslužile u brojnim zapletima znanstvene fantastike kako bi odveli svoje protagoniste u zabačena mjesta i iskusili paradokse nelinearnog vremena.

Kip Thorne pronašao je dva moguća rješenja problema nestabilnosti crvotočine:

• Kroz takozvanu kvantnu pjenu. Na Planckovoj ljestvici (10 ^-35 m) postoje kvantne fluktuacije koje mogu povezati dvije regije prostora i vremena kroz mikrotunele. Hipotetička vrlo napredna civilizacija mogla bi pronaći način da proširi prolaze i drži ih dovoljno dugo da čovjek prođe.
• Materija negativne mase. Prema procjenama koje je 1990. objavio sam Thorne, ogromne količine ove strane trebaju biti potrebne da bi se otvori rubova otvorili.

Značajna stvar ovog posljednjeg rješenja je da, za razliku od crnih rupa, nema singularnosti niti kvantnih pojava, a prolazak ljudi kroz tunelu tunela bio bi izvediv.

Na taj način crvotočine ne bi samo omogućile međusobno povezivanje udaljenih područja u prostoru, već i odvojene u vremenu. Stoga su oni strojevi za putovanje u vremenu.

Stephen Hawking, velika referenca u kozmologiji na kraju 20. stoljeća, nije vjerovao da su crvotočine ili vremenski strojevi izvedivi, zbog mnogih paradoksa i proturječnosti koja iz njih proizlaze.

To nije spriječilo duhove drugih istraživača, koji su sugerirali mogućnost da su dvije crne rupe u različitim prostorima-vremenima interno povezane crvotočinom.

Iako ovo ne bi bilo praktično za putovanje u svemir-vrijeme, jer osim nevolja koje bi donijele singularnosti crne rupe, ne bi bilo mogućnosti izlaska na drugi kraj, budući da je riječ o još jednoj crnoj rupi.

Razlike između crnih rupa i crvotočina

Kada govorite o crvotočnoj rupi, odmah pomislite i na crne rupe.

Crna rupa nastaje prirodno, nakon evolucije i smrti zvijezde koja ima određenu kritičnu masu.

Nastaje nakon što zvijezda iscrpi svoje nuklearno gorivo i počne se nepovratno slagati zbog svoje gravitacijske sile. To traje nemilosrdno sve dok ne prouzroči takav kolaps da ništa bliže polumjeru horizonta događaja ne može pobjeći, čak ni svjetlost.

Za usporedbu, crvotočna rupa je rijetka pojava, posljedica hipotetičke anomalije u zakrivljenosti prostora-vremena. Teoretski je moguće proći kroz njih.

Međutim, kad bi netko pokušao proći kroz crnu rupu, intenzivna gravitacija i ekstremno zračenje u neposrednoj blizini singularnosti pretvorilo bi je u tanku nit subatomskih čestica.

Postoje neizravni i tek odnedavno neposredni dokazi za postojanje crnih rupa. Među tim dokazima su emisija i detekcija gravitacijskih valova privlačenjem i rotacijom dvije kolosalne crne rupe koje je detektirao LIGO gravitacijski opservatorij.

Postoje dokazi da supermasivna crna rupa postoji u središtu velikih galaksija, poput našeg Mliječnog puta.

Brza rotacija zvijezda u blizini središta, kao i ogromna količina zračenja visoke frekvencije koja odatle proizlazi, neizravni su dokaz da postoji ogromna crna rupa koja objašnjava prisutnost ovih pojava.

Tek 10. travnja 2019. svijetu je prikazana prva fotografija supermasivne crne rupe (7 milijardi puta veća od Sunčeve mase), smještene u vrlo dalekoj galaksiji: Messier 87 u zviježđu Djevica, na 55 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje.

Ovu fotografiju crne rupe omogućila je svjetska mreža teleskopa nazvanih "Event Horizon Telescope" uz sudjelovanje više od 200 znanstvenika iz cijelog svijeta.

S druge strane, do danas nema dokaza o crvotočinama. Znanstvenici su uspjeli otkriti i pratiti crnu rupu, međutim to nije bilo moguće s crvotočinama.

Stoga su oni hipotetički objekti, iako teorijski izvedivi, kao što su nekada bile i crne rupe.

Raznolikost / vrste crvotočina

Iako još uvijek nisu otkrivene, ili možda upravo zbog toga, zamišljene su različite mogućnosti za crvotočine. Sve su teoretski izvedive jer zadovoljavaju Einsteinove jednadžbe za opću relativnost. Evo nekoliko:

• Crvotočine koje povezuju dvije prostorno-vremenske regije istog svemira.
• Crvotočine su sposobne povezati jedan svemir s drugim svemirom.
• Einstein-Rosen mostovi u kojima bi materija mogla prijeći s jednog otvora na drugi. Iako bi taj prolaz materije prouzrokovao nestabilnost, prouzrokovao je da se tunel sruši na sebi.
• Kip Thorneova crvotočina, sa sfernom ljuskom negativne masne materije. Stabilan je i kretan u oba smjera.
• Takozvana Schwarzschild crvotočina, koja se sastoji od dvije povezane statičke crne rupe. Oni se ne mogu kretati, jer su materija i svjetlost zarobljeni između obje krajnosti.
• Opterećene i / ili rotirajuće ili Kerr crvotočine, koje se sastoje od dvije unutarnje povezane dinamične crne rupe, koje se mogu kretati u samo jednom smjeru.
• Kvantna pjena prostor-vremena, čije postojanje je teoretizirano na subatomskoj razini. Pjena se sastoji od vrlo nestabilnih subatomskih tunela koji povezuju različite zone. Njihova stabilizacija i širenje iziskivalo bi stvaranje kvark-gluonske plazme, za koju bi bila potrebna gotovo beskonačna količina energije.
• U novije vrijeme, zahvaljujući teoriji struna, teoretizirane su crvotočine potpomognute kozmičkim strunama.
• Isprepletene i zatim odvojene crne rupe iz kojih izlazi prostor-vrijeme, ili Einstein-Rosen most, koji zajedno drže gravitacijom. To je teorijsko rješenje koje su u rujnu 2013. godine predložili fizičari Juan Maldacena i Leonard Susskind.

Sve su to potpuno moguće, jer nisu u suprotnosti s Einsteinovim jednadžbama opće relativnosti.

Hoće li se crvotočine ikada vidjeti?

Dugo su crne rupe bile teorijska rješenja Einsteinovih jednadžbi. Sam Einstein doveo je u pitanje mogućnost da ih čovječanstvo ikada otkrije.

Albert Einstein (1879-1955), autor teorije relativnosti. Izvor: Pixabay.

Tako su crne rupe dugo vremena ostale kao teorijsko predviđanje, sve dok nisu pronađene i locirane. Znanstvenici imaju istu nadu za crvotočine.

Vrlo je moguće da su i oni tu, ali još uvijek nije naučeno kako ih locirati. Iako bi prema nedavnoj publikaciji crvotočne rupe ostavile tragove i sjene vidljive čak i teleskopima.

Smatra se da fotoni putuju oko crvotočine, stvarajući blistav prsten. Najbliži fotoni padaju unutra i ostavljaju sjenu koja će im omogućiti da se razlikuju od crnih rupa.

Prema Rajibul Shaikhu, fizičaru iz Tata instituta za temeljna istraživanja u Mumbaiju u Indiji, vrsta rotirajuće crvotočine stvorila bi veću i iskrivljenu sjenu od one crne rupe.

U svom radu Shaikh je proučavao teorijske sjene koje je bacila određena klasa vrtoglavih crvotočina, usredotočivši se na presudnu ulogu grla rupe u stvaranju fotonske sjene koja omogućuje identifikaciju i razlikovanje od crne rupe.

Shaikh je također analizirao ovisnost sjene o vrtovu crvotočine i također je usporedio sa sjenom koju je bacila vrta Kerr crna rupa, pronalazeći značajne razlike. To je potpuno teorijsko djelo.

Osim toga, za sada su crvotočine ostale kao matematička apstrakcija, ali moguće je da će se neke uočiti vrlo brzo. Ono što je u drugoj krajnosti, za sada je još uvijek tema pretpostavki.

Reference

1. Kvantno zapletenost može stvoriti gravitaciju. Preuzeto s Cienciaaldia.com
2. Napredak fizike, svezak 61, broj rujan 2013. Stranice 781-811
3. Crvotočina. Preuzeto sa wikipedia.org
4. Prostorno vrijeme. Preuzeto sa wikipedia.org.
5. David Nield (2018). Ludi novi papir sugerira sjene crvotočine koje bismo lako mogli vidjeti pomoću teleskopa. Preuzeto sa sciencealert.com