In der Physik ist ein Wurmloch eine hypothetische topologische Eigenschaft der Raum-Zeit, die, im Wesentlichen, eine "Abkürzung" durch die Raum-Zeit sein würde. Für eine einfache Seherklärung eines Wurmloches, betrachten Sie Raum-Zeit als vergegenwärtigt als eine zweidimensionale (2.) Oberfläche. Wenn diese Oberfläche entlang einer dritten Dimension gefaltet wird, erlaubt sie, ein Wurmloch "Brücke" darzustellen. (Bemerken Sie bitte aber, dass das bloß eine Vergegenwärtigung ist, die gezeigt ist, um im Wesentlichen unvisualisable in 4 oder mehr Dimensionen vorhandene Struktur zu befördern. Die Teile des Wurmloches konnten hoch-dimensionale Entsprechungen für die Teile der gekrümmten 2. Oberfläche sein; zum Beispiel statt Münder, die kreisförmige Löcher in einem 2. Flugzeug sind, konnten Münder eines echten Wurmloches Bereiche im 3D-Raum sein.) Ein Wurmloch, ist in der Theorie, viel wie ein Tunnel mit zwei Enden jeder in getrennten Punkten in der Raum-Zeit.

Es gibt keine Beobachtungsbeweise für Wurmlöcher, aber auf einem theoretischen Niveau gibt es gültige Lösungen der Gleichungen der Theorie der allgemeinen Relativität, die Wurmlöcher enthalten. Wegen seiner robusten theoretischen Kraft ist ein Wurmloch auch bekannt als eine der großen Physik-Metaphern, um allgemeine Relativität zu unterrichten. Der erste Typ der entdeckten Wurmloch-Lösung war das Wurmloch von Schwarzschild, das in Schwarzschild das metrische Beschreiben eines ewigen schwarzen Loches da sein würde, aber es wurde gefunden, dass dieser Typ des Wurmloches zu schnell für irgendetwas zusammenbrechen würde, um sich von einem Ende zum anderen zu treffen. Wurmlöcher, die wirklich, bekannte als überquerbare Wurmlöcher durchquert werden konnten, würden nur möglich sein, wenn die exotische Sache mit der negativen Energiedichte verwendet werden konnte, um sie zu stabilisieren. (Viele Physiker wie Stephen Hawking, Kip Thorne, und glauben andere, dass die Wirkung von Casimir Beweise ist, dass negative Energiedichten in der Natur möglich sind.) Physiker haben keinen natürlichen Prozess gefunden, der vorausgesagt würde, um ein Wurmloch natürlich im Zusammenhang der allgemeinen Relativität zu bilden, obwohl die Quant-Schaum-Hypothese manchmal verwendet wird, um darauf hinzuweisen, dass winzige Wurmlöcher erscheinen und spontan an der Skala von Planck verschwinden könnten, und stabile Versionen solcher Wurmlöcher als dunkle Sache-Kandidaten angedeutet worden sind. Es ist auch vorgeschlagen worden, dass, wenn ein winziges Wurmloch gehalten offen durch eine kosmische Negativ-Massenschnur um die Zeit des Urknalls erschienen war, es zur makroskopischen Größe durch die kosmische Inflation aufgeblasen worden sein könnte.

Der amerikanische theoretische Physiker John Archibald Wheeler hat den Begriff Wurmloch 1957 ins Leben gerufen; jedoch, 1921, hatte der deutsche Mathematiker Hermann Weyl bereits die Wurmloch-Theorie im Zusammenhang mit der Massenanalyse der elektromagnetischen Feldenergie vorgeschlagen.

Definition

Der grundlegende Begriff eines Intraweltall-Wurmloches ist, dass es ein Kompaktgebiet der Raum-Zeit ist, deren Grenze topologisch trivial ist, aber dessen Interieur nicht einfach verbunden wird. Das Formalisieren dieser Idee führt zu Definitionen solcher als das folgende, genommene von den Lorentzian Wurmlöchern von Matt Visser.

Das Charakterisieren von Zwischenweltall-Wurmlöchern ist schwieriger. Zum Beispiel kann man sich ein 'Baby'-Weltall vorstellen, das mit seinem 'Elternteil' durch einen schmalen 'Nabel' verbunden ist. Man würde gern den Nabel als der Hals eines Wurmloches betrachten, aber die Raum-Zeit wird einfach verbunden. Aus diesem Grund sind Wurmlöcher geometrisch, im Vergleich mit topologisch als Gebiete der Raum-Zeit definiert worden, die die zusätzliche Deformierung von geschlossenen Oberflächen beschränken. Zum Beispiel in Enrico Rodrigo Die Physik von Stargates wird ein Wurmloch informell als definiert

Wurmlöcher von Schwarzschild

Wurmlöcher von Lorentzian, die als Wurmlöcher von Schwarzschild oder Brücken von Einstein-Rosen bekannt sind, sind Verbindungen zwischen Gebieten des Raums, der als Vakuumlösungen der Feldgleichungen von Einstein modelliert werden kann, und der, wie man jetzt versteht, innere Teile der maximal verlängerten Version von Schwarzschild das metrische Beschreiben eines ewigen schwarzen Loches ohne Anklage und keine Folge ist. Hier, "maximal erweitert" bezieht sich auf die Idee, dass die Raum-Zeit keine "Ränder" haben sollte: Für jede mögliche Schussbahn einer frei fallenden Partikel (im Anschluss an einen geodätischen) in der Raum-Zeit sollte es möglich sein, diesen Pfad willkürlich weit in die Zukunft oder Vergangenheit der Partikel fortzusetzen, wenn die Schussbahn keine Gravitationseigenartigkeit wie diejenige am Zentrum des Interieurs des schwarzen Loches schlägt. Um diese Voraussetzung zu befriedigen, stellt es sich heraus, dass zusätzlich zum schwarzen Loch-Innengebiet, in das Partikeln eingehen, wenn sie der Ereignis-Horizont von außen misslingen, es ein getrenntes weißes Loch-Innengebiet geben muss, das uns erlaubt, die Schussbahnen von Partikeln zu extrapolieren, die ein Außenbeobachter das Steigen weg vom Ereignis-Horizont sieht. Und gerade als es zwei getrennte Innengebiete der maximal verlängerten Raum-Zeit gibt, gibt es auch zwei getrennte Außengebiete, manchmal genannt zwei verschiedenes "Weltall" mit dem zweiten Weltall, das uns erlaubt, einige mögliche Partikel-Schussbahnen in den zwei Innengebieten zu extrapolieren. Das bedeutet, dass das schwarze Innenloch-Gebiet eine Mischung von Partikeln enthalten kann, die in von jedem Weltall gefallen sind (und so ein Beobachter, der in von einem Weltall gefallen ist, könnte im Stande sein, Licht zu sehen, das in von ander dem einem gefallen ist), und ebenfalls Partikeln vom weißen Innenloch-Gebiet in jedes Weltall flüchten können. Alle vier Gebiete können in einem Raum-Zeit-Diagramm gesehen werden, das Kruskal-Szekeres-Koordinaten verwendet.

In dieser Raum-Zeit ist es möglich, solche Koordinatensysteme zu präsentieren, dass, wenn Sie eine Hyperoberfläche der unveränderlichen Zeit aufpicken (eine Reihe von Punkten, dass alle dieselbe Zeitkoordinate, solch haben, dass jeder Punkt auf der Oberfläche eine raumähnliche Trennung hat, gebend, was eine 'raumähnliche Oberfläche' genannt wird) und ein "Einbetten-Diagramm" das Zeichnen der Krümmung des Raums damals ziehen, wird das Einbetten-Diagramm wie eine Tube aussehen, die die zwei Außengebiete, bekannt als die "Einstein Rosen Bridge" verbindet. Bemerken Sie, dass metrischer Schwarzschild ein idealisiertes schwarzes Loch beschreibt, das ewig von der Perspektive von Außenbeobachtern besteht; ein realistischeres schwarzes Loch, das sich in einer bestimmten Zeit von einem zusammenbrechenden Stern formt, würde einen verschiedenen metrischen verlangen. Wenn die infalling Sternsache zu einem Diagramm einer Geschichte eines schwarzen Loches hinzugefügt wird, entfernt sie den Teil des Diagramms entsprechend dem weißen Loch-Innengebiet zusammen mit dem Teil des Diagramms entsprechend dem anderen Weltall.

Die Einstein Rosen Bridge wurde von Albert Einstein und seinem Kollegen Nathan Rosen entdeckt, der zuerst das Ergebnis 1935 veröffentlicht hat. Jedoch 1962 haben John A. Wheeler und Robert W. Fuller eine Zeitung veröffentlicht zeigend, dass dieser Typ des Wurmloches nicht stabil ist, und dass es von zu schnell für das Licht drücken wird (oder jede Partikel, die sich langsamer bewegt als Licht), der in von einem Außengebiet fällt, um es zum anderen Außengebiet zu machen.

Bevor die Stabilitätsprobleme von Wurmlöchern von Schwarzschild offenbar waren, wurde es vorgeschlagen, dass Quasare weiße Löcher waren, die die Enden von Wurmlöchern dieses Typs bilden.

Während Schwarzschild Wurmlöcher nicht überquerbar sind, hat ihre Existenz Kip Thorne angeregt, sich überquerbare geschaffene Wurmlöcher durch das Halten des 'Halses' eines mit der exotischen Sache offenen Wurmloches von Schwarzschild vorzustellen (Material, das negative Masse/Energie hat).

Überquerbare Wurmlöcher

Lorentzian würden überquerbare Wurmlöcher Reisen von einem Teil des Weltalls zu einem anderen Teil dieses desselben Weltalls sehr schnell erlauben oder würden Reisen von einem Weltall bis einen anderen erlauben. Die Möglichkeit von überquerbaren Wurmlöchern in der allgemeinen Relativität wurde zuerst von Kip Thorne und seinem Studenten im Aufbaustudium Mike Morris in einer 1988-Zeitung demonstriert. Deshalb wird der Typ des überquerbaren Wurmloches, das sie, gehalten offen durch eine kugelförmige Schale der exotischen Sache vorgeschlagen haben, ein Wurmloch von Morris-Thorne genannt. Später wurden andere Typen von überquerbaren Wurmlöchern als zulässige Lösungen der Gleichungen der allgemeinen Relativität einschließlich einer Vielfalt entdeckt, die in einem 1989-Vortrag von Matt Visser analysiert ist, in dem ein Pfad durch das Wurmloch gemacht werden kann, wo der überquerende Pfad kein Gebiet der exotischen Sache durchführt. Jedoch in der reinen Gauss-Häubchen-Theorie (eine Modifizierung zur allgemeinen Relativität, die Extraraumdimensionen einschließt, der manchmal im Zusammenhang der brane Kosmologie studiert wird), ist exotische Sache in der Größenordnung von Wurmlöchern nicht erforderlich, um zu bestehen — sie können sogar ohne Sache bestehen. Ein Typ gehalten offen durch negative kosmische Massenschnuren wurde hervor von Visser in der Kollaboration mit Cramer gestellt u. a., in dem es vorgeschlagen wurde, dass solche Wurmlöcher im frühen Weltall natürlich geschaffen worden sein könnten.

Wurmlöcher verbinden zwei Punkte in der Raum-Zeit, was bedeutet, dass sie im Prinzip Reisen rechtzeitig, sowie im Raum erlauben würden. 1988 haben Morris, Thorne und Yurtsever ausführlich ausgearbeitet, wie man einen Wurmloch-Überqueren-Raum in eine überquerende Zeit umwandelt. Jedoch gemäß der allgemeinen Relativität würde es nicht möglich sein, ein Wurmloch zu verwenden, um zurück zu eine Zeit früher zu reisen, als, als das Wurmloch zuerst in eine Zeitmaschine durch die Beschleunigung von einem seiner zwei Münder umgewandelt wurde.

Der Lehrsatz von Raychaudhuri und exotische Sache

Um zu sehen, warum exotische Sache erforderlich ist, denken Sie eine eingehende leichte Vorderseite, die entlang geodesics reist, der dann das Wurmloch durchquert und sich auf der anderen Seite wiederausbreitet. Die Vergrößerung geht vom negativen bis positiven. Da der Wurmloch-Hals der begrenzten Größe ist, würden wir nicht annehmen, dass sich Ätzmittel mindestens innerhalb der Umgebung des Halses entwickeln. Gemäß dem Lehrsatz des optischen Raychaudhuris verlangt das eine Übertretung der durchschnittlichen ungültigen Energiebedingung. Quant-Effekten wie die Wirkung von Casimir können die durchschnittliche ungültige Energiebedingung in keiner Nachbarschaft des Raums mit der Nullkrümmung verletzen, aber Berechnungen im halbklassischen Ernst weisen darauf hin, dass Quant-Effekten im Stande sein können, diese Bedingung in der gekrümmten Raum-Zeit zu verletzen. Obwohl es kürzlich gehofft wurde, dass Quant-Effekten keine achronal Version der durchschnittlichen ungültigen Energiebedingung verletzen konnten, sind Übertretungen dennoch gefunden worden, so eine Basis beseitigend, auf der überquerbare Wurmlöcher unphysisch gemacht werden konnten.

Als Licht schnelleres Reisen

Die Unmöglichkeit der als Licht schnelleren Verhältnisgeschwindigkeit gilt nur lokal. Wurmlöcher erlauben superluminal (als Licht schneller) reisen durch das Sicherstellen, dass die Geschwindigkeit des Lichtes lokal jederzeit nicht überschritten wird. Während das Reisen durch ein Wurmloch, subluminal (als Licht langsamere) Geschwindigkeiten verwendet wird. Wenn zwei Punkte durch ein Wurmloch verbunden werden, würde die Zeit, die gebracht ist, um es zu überqueren, weniger sein als die Zeit es würde einen leichten Balken nehmen, um die Reise zu machen, wenn es einen Pfad durch den Raum außerhalb des Wurmloches nähme. Jedoch würde ein leichter Balken, der durch das Wurmloch reist, immer den Reisenden prügeln. Als eine Analogie, zur Gegenseite eines Bergs an der Höchstgeschwindigkeit umlaufend, kann länger nehmen als das Wandern durch einen Tunnel, der es durchquert.

Zeitreise

Die Theorie der allgemeinen Relativität sagt voraus, dass, wenn überquerbare Wurmlöcher bestehen, sie Zeitreise erlauben konnten. Das würde durch die Beschleunigung eines Endes des Wurmloches zu einer hohen Geschwindigkeit hinsichtlich des anderen, und dann einmal später das Zurückbringen davon vollbracht; relativistischer

Zeitausdehnung würde auf den beschleunigten Wurmloch-Mund hinauslaufen, der weniger alt wird als der stationäre, wie gesehen, durch einen Außenbeobachter, der dem ähnlich ist, was im Zwillingsparadox gesehen wird. Jedoch steht Zeit verschieden durch das Wurmloch in Verbindung als außerhalb dessen, so dass synchronisierte Uhren an jedem Mund synchronisiert zu jemandem bleiben werden, durch das Wurmloch selbst reisend, egal wie sich die Münder bewegen. Das bedeutet, dass irgendetwas, was in den beschleunigten Wurmloch-Mund eingegangen ist, über den stationären an einem Punkt rechtzeitig vor seinem Zugang herrschen würde.

Betrachten Sie zum Beispiel zwei Uhren an beiden Mündern als beide Vertretung des Datums als 2000. Auf einer Reise an relativistischen Geschwindigkeiten genommen, wird der beschleunigte Mund demselben Gebiet wie der stationäre Mund mit dem Uhr-Lesen des beschleunigten Mundes 2005 zurückgebracht, während die Uhr des stationären Mundes 2010 gelesen hat. Ein Reisender, der in den beschleunigten Mund in diesem Moment eingegangen ist, würde über den stationären Mund herrschen, als seine Uhr auch 2005, in demselben Gebiet, aber jetzt fünf Jahre in der Vergangenheit gelesen hat. Solch eine Konfiguration von Wurmlöchern würde eine Weltlinie einer Partikel berücksichtigen, um einen geschlossenen Regelkreis in der Raum-Zeit zu bilden, die als eine geschlossene Zeitmäßigkurve bekannt ist.

Es wird gedacht, dass es nicht möglich sein kann, ein Wurmloch in eine Zeitmaschine auf diese Weise umzuwandeln; die Vorhersagen werden im Zusammenhang der allgemeinen Relativität gemacht, aber allgemeine Relativität schließt Quant-Effekten nicht ein. Einige Analysen mit der halbklassischen Annäherung zu sich vereinigenden Quant-Effekten in die allgemeine Relativität zeigen an, dass eine Feed-Back-Schleife von virtuellen Partikeln durch das Wurmloch mit der ständig steigenden Intensität zirkulieren würde, es zerstörend, bevor jede Information dadurch in Übereinstimmung mit der Chronologie-Schutzvermutung passiert werden konnte. Das ist durch den Vorschlag in Zweifel gezogen worden, dass sich Radiation nach dem Reisen durch das Wurmloch zerstreuen würde, deshalb unendliche Anhäufung verhindernd. Die Debatte über diese Sache wird von Kip S. Thorne im Buch Schwarze Löcher und Zeitverziehen beschrieben, und eine technischere Diskussion kann in Der Quant-Physik des Chronologie-Schutzes von Matt Visser gefunden werden. Es gibt auch den römischen Ring, der eine Konfiguration von mehr als einem Wurmloch ist. Dieser Ring scheint, eine geschlossene Zeitschleife mit stabilen Wurmlöchern, wenn analysiert, mit dem halbklassischen Ernst zu erlauben, obwohl ohne eine volle Theorie des Quant-Ernstes es unsicher ist, ob die halbklassische Annäherung in diesem Fall zuverlässig ist.

Zwischenweltall-Reisen

Eine mögliche Entschlossenheit gegenüber den Paradoxen, die sich Wurmloch-ermöglicht Zeitreise ergeben, ruht auf der Vielen Weltinterpretation der Quant-Mechanik. 1991 hat David Deutsch gezeigt, dass Quant-Theorie völlig entspricht (im Sinn, dass die so genannte Dichte-Matrix frei von Diskontinuitäten gemacht werden kann) in spacetimes mit geschlossenen Zeitmäßigkurven. Jedoch später wurde es gezeigt, dass solches Modell der geschlossenen Zeit wie Kurve innere Widersprüchlichkeiten haben kann, weil es zu fremden Phänomenen wie das Unterscheiden nicht orthogonale Quant-Staaten und das Unterscheiden richtiger und unpassender Mischung führen wird. Entsprechend wird die zerstörende positive Feed-Back-Schleife von virtuellen Partikeln, die durch eine Wurmloch-Zeitmaschine, ein durch halbklassische Berechnungen angezeigtes Ergebnis zirkulieren, abgewendet. Eine Partikel, die von der Zukunft zurückkehrt, kehrt zu seinem Weltall des Beginns, aber zu einem parallelen Weltall nicht zurück. Das weist darauf hin, dass eine Wurmloch-Zeitmaschine mit einem außerordentlich Sprung der kurzen Zeit eine theoretische Brücke zwischen dem gleichzeitigen parallelen Weltall ist. Weil eine Wurmloch-Zeitmaschine einen Typ der Nichtlinearität in die Quant-Theorie einführt, ist diese Sorte der Kommunikation zwischen dem parallelen Weltall mit der Entdeckung von Joseph Polchinski eines "Telefons von Everett" in der Formulierung von Steven Weinberg der nichtlinearen Quant-Mechanik im Einklang stehend.

Metrik

Theorien der Wurmloch-Metrik beschreiben die Raum-Zeit-Geometrie eines Wurmloches und Aufschlags als theoretische Modelle für die Zeitreise. Ein Beispiel eines (überquerbaren) metrischen Wurmloches ist der folgende:

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Ein Typ des nichtüberquerbaren metrischen Wurmloches ist die Lösung von Schwarzschild (sieh das erste Diagramm):

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In der Fiktion

Wurmlöcher sind ein allgemeines Element in der Sciencefiction, weil sie interstellar (und manchmal zwischenuniversal) Reisen innerhalb von menschlichen Zeitskalen erlauben.

Siehe auch

• Schwarzes Loch
• Geschlossene Zeitmäßigkurve
• Als Licht schneller
• Exotischer Stern
• Tube von Krasnikov
• Non-orientable Wurmloch
• Selbstkonsistenz-Grundsatz
• Retrocausality
• Ringeigenartigkeit
• Römischer Ring
• Weißes Loch

Zeichen

• Eine ausgezeichnete und kürzere Rezension.

Außenverbindungen

• Weiße Löcher und Wurmlöcher

Außenverbindungen

• Was ist genau ein 'Wurmloch'? geantwortet von Richard F. Holman, William A. Hiscock und Matt Visser.
• Warum Wurmlöcher? durch Matt Visser.
• Wurmlöcher in der allgemeinen Relativität durch Soshichi Uchii.
• Weiße Löcher und Wurmlöcher stellen eine sehr gute Beschreibung von Wurmlöchern von Schwarzschild mit der Grafik und den Zeichentrickfilmen durch Andrew J. S. Hamilton zur Verfügung.
• Fragen und Antworten über Wurmlöcher umfassende häufig gestellte Wurmloch-Fragen durch Enrico Rodrigo.
• Großer Hadron ColliderTheory darauf, wie der collider ein kleines Wurmloch schaffen konnte, vielleicht Zeitreise in die Vergangenheit erlaubend.
• Zeichentrickfilm, der das Überqueren eines Wurmloches vortäuscht
• Übergabe und Zeichentrickfilme eines Wurmloches von Morris-Thorne
• Die aktuelle Theorie von N.A.S.A über die Wurmloch-Entwicklung