Департамент освіти Приморської адміністрації
Одеська Маріїнська гімназія
Методична комісія з математичних дисциплін
Предмет: фізика
Червоточини
Виконав:
Танов Микита,
учень 5(9)-В класу
Керівник:
Жало Наталя Володимирівна,
вчитель фізики
Одеса-2013
Зміст
Передумови до роботи ...........................................................................................3
Про червоточини ....................................................................................................5
Відкриття .................................................................................................................7
Загальна теорія відносності ...................................................................................8
Виникнення .............................................................................................................9
Використання ........................................................................................................10
Теорії-нащадки .....................................................................................................14
Майбутнє фізики ...................................................................................................12
Перелік використаної літератури ........................................................................19
Додатки ..................................................................................................................20
Передумови до роботи
У Всесвіті з самого його початку існує безліч різних незвичайних об’єктів. Деякі з них вже досить добре вивчені людством, про інші майже нічого досить невідомо. Завдяки тому, що наука та знання людини про навколишній світ постійно ростуть, з’являється все більше нових припущень, та стають актуальними нові, зовсім незвичайні теорії. Відбувається постійний розвиток людських уявлень про світ, з’являються навіть нові наукові області, і все це — звичайний процес розвитку науки. Так, наприклад, у першій половині XX сторіччя завдяки таким відомим вченим як Альберт Ейнштейн, Герман Мінковський, Хендрик Антон Лоренц, Натан Розен, Карл Шварцшильд, Макс Планк, Майкл Морріс, Кіп Торн та іншим з’явилася та міцно закріпилася нова галузь фізики — теоретична фізика, яка тісно переплітається з астрофізикою, релятивістською та квантовою механікою. Ця значна область фізики, хоч і постійно дуже швидко розвивається, але все одно дуже молода і знаходиться на початковому рівні, порівняно з її майбутнім. Завдяки своєму стрімкому розвитку теоретична фізика відкриває для нас значну частину знань, що пояснюють будову Всесвіту. Але оскільки ця наука дуже молода, велика кількість теорій досить залишаються непідтвердженими. Однією з теорій в теоретичній фізиці є існування червоточин. Існує багато теорій щодо них, їх існування досі піддається сумнівам. Я обрав цю тему для курсової роботи, тому що вона досить цікава з усіх боків і, до того ж, нова, а отже дає простір для роздумів. Теоретична фізика — дуже значна область фізики, вона є одним із основних стовпів цієї науки й вона також дає багато простору для різноманітних припущень й ідей. Про червоточини можна розповісти дуже багато, а ще більше можна придумати, виходячи з вже існуючих теорій. Я ж розкажу про історію розвитку теорії червоточин, а також коротко розповім про теоретичну фізику. Також я розкажу про будову червоточин, процеси, завдяки яким вони виникають, і їх суть. Деякі поняття, пов’язані з червоточинами буде досить складно зрозуміти, але я намагатимусь пояснити їх максимально доступно. Окрім цього я розкажу про теорії, які випливають з існування червоточин, та про те, яку роль грають червоточини в теоретичній фізиці — галузі, що так швидко розвивається в наш час. На жаль, деякі зі сторін цієї теми мені доведеться опустити, тому що вони занадто складні для розуміння в дев’ятому класі і дещо мені так і не вдалося зрозуміти, але я спробую пояснити якомога більше. Отже, що ж таке червоточини?
Про червоточини
Перше наше питання: що таке червоточини? Якщо давати цьому поняттю офіційне визначення, то можна сказати, що:
Червоточина, або «кротовина» або «кротова нора» (перше є дослівним перекладом англ. wormhole) — гіпотетична топологічна особливість простору-часу, що в кожен момент часу є «тунелем» в просторі (uk.wikipedia.org).
Звісно це визначення буде незрозумілим для звичайної людини, тому я спробую пояснити його простішою мовою. Отже:
Червоточини — це об’єкти, які є тунелями між двома точками простору і часу.
Щоб зрозуміти навіть таке, спрощене визначення, потрібно розуміти природу вимірів простору. Отже, що можна сказати про просторові виміри? Почнемо спочатку: уявімо одномірний світ — це звичайна пряма. Щоб уявити жителів цього світу, можна для прикладу уявити хробака, що повзе по мотузці. Далі давайте уявімо двомірний світ. Тут також можна підібрати приклад — мураха, що біжить по газеті. Поки що досить просто, чи не так? С тривимірним світом теж не повинно виникнути проблем; це той світ, в якому ми з вами живемо. А тепер спробуйте уявити чотиривимірний світ. Не дивно, якщо в вас не вийшло, бо для звичайної людини це майже неможливо і уявити чотиривимірний світ можна лише частково, за допомогою додаткових способів, які, на жаль, не можуть продемонструвати його цілком. Тому, щоб уявити, що ж таке червоточини, проведемо паралель з двовимірним світом. Уявіть, що ви — мураха, що повзе по газеті; щоб потрапити з нижньої частини сторінки до верхньої, вам потрібно переповзти через всю сторінку. Але якщо якась тривимірна людина згорне з цієї газети циліндр і ви перейдете з нижньої частини сторінки до верхньої через місце згину, то в вас з’явиться почуття ніби ви миттєво перемістилися на досить велику для вас відстань — бо ви все ще продовжуєте сприймати свій світ як площину, не розуміючи тривимірного Всесвіту, що існує навколо. Так само влаштовані й кротовини — вони є тими самими місцями згину, які дозволяють миттєво переміщуватися в просторі; з тією лише різницею, що вони дозволяють в деяких випадках також переміщуватися в часі. Це відбувається, завдяки тому що, як каже нам загальна теорія відносності, для рухомого об’єкту час триває повільніше, ніж для нерухомого. Отже, якщо ми зіштовхнемося з випадком кротової нори, яка має рухомі входи, причому вони рухаються з різною швидкістю, то стають можливими переміщення в часі. Червоточини поділяються на прохідні і непрохідні. До останніх відносяться ті кротовини, які стискаються занадто швидко, щоб навіть світло встигло пройти крізь них. Також існує поділ на оборотні й необоротні кротові нори. Припустимо, що ви проходите через необоротну червоточину N1, і виходите з кротовини N2. Якщо ви спробуєте знов пройти крізь кротову нору N2 (яка, як ви розумієте, також необоротна), то після проходження ви вийдете з червоточини N3, і такий випадок може продовжуватися до нескінченності. А оборотні кротовини дозволяють переміщуватися між двома одними й тими самими кротовими норами. Отже, що таке кротові нори, ми, здається, зрозуміли. А тепер давайте дізнаємося докладніше, як вони були відкриті.