Hố giun

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Trong vật lý, một hố giun là một không-thời gian được giả định là có cấu trúc tô pô đặc biệt tạo nên đường đi tắt trong không thời gian. Chúng nối thông từ một vùng không-thời gian này đến vùng kia và, đôi khi, vật chất đi từ vùng này sang vùng kia bằng cách chui qua hố này.

Tên gọi "hố giun" được tạo ra khi tưởng tượng rằng vũ trụ là một bề mặt cầu. Muốn đi từ một điểm đến điểm đối diện trên mặt cầu cần quãng đường là nửa chu vi đường tròn lớn của mặt cầu. Tuy nhiên, nếu có một con giun đục lỗ xuyên vào trong lòng hình cầu, nối thẳng hai điểm, quãng đường đi chỉ còn là đường kính mặt cầu.

Trong không thời gian, một hố giun có thể giúp đi qua các khoảng cách rất lớn, thậm chí đi tới một "vũ trụ khác". Có thể sự tồn tại của hố giun trải dọc chiều thời gian, đi qua quá khứ, vì thế có thể đi ngược thời gian bằng cách đi qua nó.

Một ví dụ về cơ chế sinh ra hố giun đã được tưởng tượng cho bên trong lòng các hố đen tích điện và quay (có mô men động lượng). Tuy nhiên, chưa có bằng chứng thực nghiệm về sự tốn tại của các hố giun, các hố giun hầu như không tồn tại. Ngay cả khi một hố giun có thể được hình thành, như theo cơ chế ở trên, nó sẽ không ổn định; chỉ một tác động nhỏ, bao gồm việc vật chất chui qua nó, cũng làm nó sụp đổ. Thậm chí nếu các hố giun tồn tại và ổn định, việc con người có thể đi qua chúng cũng rất khó khăn, do bức xạ điện từ đổ vào trong hố giun (từ các ngôi sao, màn vi sóng vũ trụ, ...) sẽ dịch chuyển sang tần số cực cao với năng lượng tập trung lớn, phá hủy sự sống.

Xin xem các mục từ khác có tên tương tự ở Hố giun (định hướng).

Hình ảnh 3D về hố giun

In physics, a wormhole is a hypothetical topological feature of spacetime that is essentially a "shortcut" through space and time. A wormhole has at least two mouths which are connected to a single throat. If the wormhole is traversable, matter can 'travel' from one mouth to the other by passing through the throat.

The name "wormhole" comes from the following analogy used to explain the phenomenon: imagine that the universe is the skin of an apple, and a worm is traveling over its surface. The distance from one side of the apple to the other is equal to half the apple's circumference if the worm stays on the apple's surface, but if it instead burrows a wormhole directly through the apple the distance it has to travel is considerably less.

Mục lục 1 Định nghĩa 2 Các dạng hố giun 3 Cơ sở lý thuyết 4 Hố giun có thể đi qua được 4.1 Hố giun và vấn đề di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng 4.2 Hố giun và vấn đề đi ngược thời gian 4.3 Hố giun Schwarzschild 5 Metrics của hố giun 6 Hố giun trong tiểu thuyết, phim ảnh 7 Tham khảo 8 Liên kết ngoài 9 Xem thêm 10 Liên kết ngoài

[sửa] Định nghĩa

Cho một không gian compact thuộc không-thời gian (spacetime), với giới hạn tô pô tầm thường, nhưng bên trong không đơn giản liên thông. Chuẩn hóa ý tưởng này có được giả thiết sau, nằm trong Lỗ giun Lorentz của Matt Visser.

If a Lorentzian spacetime contains a compact region Ω, and if the tô pô of Ω is of the form Ω ~ R x Σ, where Σ is a three-manifold of nontrivial tô pô, whose boundary has tô pô of the form dΣ ~ S², and if furthermore the hypersurfaces Σ are all spacelike, then the region Ω contains a quasipermanent intra-universe wormhole.

Miêu tả một hố giun liên vũ trụ (inter-universe wormholes) có phần khó hơn. Chúng ta có thể tưởng tượng có một vũ trụ 'con' được nối với một vũ trụ 'cha' thông qua một 'điểm rốn'. Có thể coi điểm rốn là miệng của hố giun nhưng không-thời gian là liên tục nên điều đó không hoàn toàn đúng.

[sửa] Các dạng hố giun

Hố giun liên vũ trụ nối một vị trí này với một vị trí khác trong cùng vũ trụ. Một hố giun có thể kết nối những vị trí cách xa nhau trong vũ trụ bằng cách bẻ cong không-thời gian, cho phép di chuyển giữa các vị trí đó nhanh hơn di chuyển trong không gian bình thướng. Điều này được minh họa bởi hình bên. Hố giun liên vũ trụ [1], [2]. Điều này đặt ra câu hỏi liệu có loại hố giun cho phép di chuyển tự một vũ trụ này sang một vũ trụ khác hay không. Một hố giun nối giữa những vũ trụ đóng gọi là hố giun Schwarzschild wormhole. Một ứng dụng có thể khác của hố giun là du hành xuyên thời gian, trong đó, hố giun nối một điểm trong không-thời gian với một điểm khác. Trong lý thuyết dây, hố giun được mường tượng là nhân tố nối hai D-brane với hai miệng nằm trên mỗi brane mà được nối bới một ống từ (flux tube) [3]. Ngoài ra, hố giun còn được coi là một phần của spacetime foam [4]. Có hai loại hố giun chính: hố giun Lorentz và hồ giun Euclid. Hố giun Lorentz được nghiên cứu bởi ngành trọng lực học bán cổ điển (semiclassical gravity) còn hố giun Euclid được nghiên cứu trong vật lý phân tử. Hố giun khả chuyển (traversible wormholes) là một loại hố giun Lorentz đặc biệt cho phép con người đi từ phía này đến phía kia. Sergey Krasnikov đã đề ra thuật ngữ lối tắt không-thời gian (spacetime shortcut) làm định nghĩa chung cho hố giun (khả chuyển) và các hệ thống đẩy cho phép di chuyển những khoảng cách cực xa trong những khoảng thời gian cực ngắn như động cơ Alcubierre và ống Krasnikov.

[sửa] Cơ sở lý thuyết

It is unknown whether (Lorentzian) wormholes are possible or not within the framework of general relativity. Most known solutions of general relativity which allow for wormholes require the existence of exotic matter, a theoretical substance which has negative energy density. However, it has not been mathematically proven that this is an absolute requirement for wormholes, nor has it been established that exotic matter cannot exist. Recently Amos Ori envisioned a wormhole which allowed time travel, did not require any exotic matter, and satisfied the weak, dominant, and strong energy conditions [5]. Since there is no established theory of quantum gravity, it is impossible to say with any certainty whether wormholes are possible or not within that theoretical framework.

[sửa] Hố giun có thể đi qua được

Lorentzian traversable wormholes would allow travel from one part of the universe to another part of that same universe very quickly or would allow travel from one universe to another universe. Wormholes connect two points in spacetime, which means that they would allow travel in time as well as in space.

[sửa] Hố giun và vấn đề di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng

Often there is confusion about the idea that wormholes allow superluminal (faster-than-light) space travel. In fact there is no real superluminal travel involved. Assume that the wormhole connects two remote locations. While traveling through a wormhole subluminal (slower-than-light) speeds can be used. The time in which the distance was traveled would appear faster than it would take light to make the journey through normal space.

[sửa] Hố giun và vấn đề đi ngược thời gian

A wormhole could allow time travel. This could be accomplished by accelerating one end of the wormhole relative to the other, and then sometime later bringing it back; relativistic time dilation would result in less time having passed for the accelerated wormhole mouth compared with the stationary one, meaning that anything which entered the stationary wormhole mouth would exit the accelerated one at a point in time prior to its entry. The path through such a wormhole is called a closed timelike curve, and a wormhole with this property is sometimes referred to as a "timehole."

It is thought that it may not be possible to convert a wormhole into a time machine in this manner, however; some mathematical models indicate that a feedback loop of virtual particles would circulate through the timehole with ever-increasing intensity, destroying it before any information could be passed through it. This has been called into question by the suggestion that radiation would disperse after traveling through the wormhole, therefore preventing infinite accumulation. There is also the Roman ring, which is a very stable configuration of more than one wormhole. This ring allows a closed time loop with stable wormholes. The debate on this matter is described by Kip S. Thorne in the book Black Holes and Time Warps [6], and will likely require a theory of quantum gravity to resolve.

Many physicists, including Stephen Hawking (see Hawking's Chronology Protection Conjecture), believe that due to the problems a wormhole would theoretically create, including allowing time travel, that something fundamental in the laws of physics would prohibit them. However, this remains speculation, and the notion that nature would censor inconvenient objects has already failed in the case of the cosmic censorship hypothesis.

[sửa] Hố giun Schwarzschild

Hố giun Schwarzschild hay Einstein-Rosen bridges là những cây cầu bắc giữa các vùng khác nhau của vũ trụ, có thể được xem như giải pháp chân không cho các phương trình Einstein khi kết nối hố đen với hố trắng.

However, this type of wormhole is unstable enough to pinch off instantly as soon as it forms.

While the equations of General Relativity suggest that a Schwarzschild wormhole could be stabilized by holding its "throat" open with material that has negative mass, it would still be impossible for a traveller to go through this type of wormhole because they can only go through an event horizon in one direction, and both ends of the hole have an event horizon. This leaves the traveller trapped in the middle of the wormhole.

Before the stability problems of Schwarzschild wormholes were apparent, it was proposed that quasars were white holes forming the ends of wormholes of this type.

[sửa] Metrics của hố giun

Tiêu bản:Expert Theories of wormhole metrics describe the spacetime geometry of a wormhole and serve as theoretical models for time travel. A simple example of a (traversable) wormhole metric is the following:

ds² = − c²dt² + dl² + (k² + l²)(dθ² + sin²θdφ²)

One type of non-traversable wormhole metric is the schwarzschild solution:

[sửa] Hố giun trong tiểu thuyết, phim ảnh

Wormholes are also a popular feature of science fiction as they allow interstellar travel within human timescales.

They are a centerpiece of Carl Sagan's novel Contact, for which Kip Thorne advised Sagan on the possibilities of wormholes.

The setting of the television series Star Trek: Deep Space Nine is a space station, Deep Space Nine, located near the Bajoran wormhole. This wormhole is unique in the Star Trek universe because of its stability. It provides passage to the distant Gamma Quadrant, opening a gate to starships that extends far beyond the reach normally attainable. It is also the source of a severe threat to the Alpha Quadrant from an empire called the Dominion.

Wormholes are also the principal means of space travel in the Stargate movie and the spin-off television series, Stargate SG-1 and Stargate Atlantis. The central plot device of the programs is a transportation network consisting of the ring-shaped devices known as Stargates, which generate wormholes that allow one-way matter transmission and two-way EM radiation transmission (allowing two way communication) between gates when the correct spatial coordinates are "dialed". However, for some reason not fully explained the water-like event horizon breaks down the matter into energy for transport through the wormhole, organising it into its original state at the destination.

In 2005 wormholes were used to support the plot of the television miniseries The Triangle.

The television series Farscape features an American astronaut who accidentally gets shot through a wormhole and ends up in a distant part of the universe, and also features the use of wormholes to reach other universes (or "unrealized realities") and as weapons of mass destruction.

In the FOX/Sci-Fi series Sliders, a method is found to create a wormhole that allows travel not between distant points but between different universes; objects or people that travel through the wormhole begin and end in the same location geographically (e.g. if one leaves San Francisco, one will arrive in an alternate San Francisco) and chronologically (if it is 1999 at the origin point, so it is at the destination, at least by the currently-accepted calendar on our Earth.) Early in the series the wormhole is referred to by the name Einstein-Rosen-Podolsky bridge. This series presumes that we exist as part of a multiverse and asks what might have resulted had major or minor events in history occurred differently; it is these choices that give rise to the alternate universes in which the series is set. The same premise is used in the Star Trek: The Next Generation episode Parallels and the Star Trek: The Original Series episode The Alternative Factor which premiered in 1967.

In Star Trek: The Motion Picture, Willard Decker recalls that "Voyager 6" (aka V'ger) disappeared into what they used to call a "black hole". At one time, black holes in science fiction were often incorrectly endowed with the traits of wormholes. This has for the most part disappeared as a black hole isn't really a hole in space but a dense mass and the visible vortex effect often associated with black holes is merely the accretion disk of visible matter being drawn toward it. Decker's line is most likely to inform that it was probably a wormhole that Voyager 6 entered.

In 2000, Arthur C. Clarke and Stephen Baxter co-wrote a science fiction novel, The Light of Other Days, which discusses the problems which arise when a wormhole is used for faster than light communication.

A related method of faster-than-light travel that often arises in science fiction, especially military science fiction, is a "jump drive" that can propel a spacecraft between two fixed "jump points" connecting solar systems. Connecting solar systems in a network like this results in a fixed "terrain" with choke points that can be useful for constructing plots related to military campaigns. The Alderson points postulated by Larry Niven and Jerry Pournelle in Mote in God's Eye and related novels is an especially well thought out example. The development process is described by Niven in N-Space, a volume of collected works. David Weber has also used the device in the Honorverse and other books and has described a 'history' of development and exploitation in several essays in collections of related short stories.

The Commonwealth Saga by Peter F. Hamilton describes how wormhole technology could be used to explore, colonize and connect to other worlds without having to resort to traditional travel via starships. This technology is the basis of the formation of the titular Intersolar Commonwealth, and is used so extensively that it is possible to ride trains between the planets of the Commonwealth.

Richard Kelly's science-fiction movie, Donnie Darko, also explores the possibility of the existence of wormholes in the universe. While in the original theatrical release, the relevance of wormholes to the plot is unclear, in the Director's Cut, the 'book' "The Philosophy of Time Travel" is presented in more depth. In this version, the wormhole is the path connecting the real universe, and the parallel universe, which in the movie lasts from the jet engine crashing into the Darko family home until Halloween when the actual jet loses its engine to the wormhole, at which point the parallel universe collapses.

Lois McMaster Bujold uses wormholes as a major transportation system in the Miles Vorkosigan novels. Control over wormhole routes and jumps even become the basis for war.

In the sci-fi horror film Event Horizon, an advanced spaceship designed for faster-than-light travel uses a projected beam of gravitons to artificially create a wormhole, allowing the ship to traverse large distances instantaneously. The maiden flight does not go as planned, and the ship travels to a place outside the known universe (seemingly a version of Hell), consequently bringing back the horrors of the visited place.

In the novel Halo: First Strike, the AI Cortana (as a narrator of a situation) mentions that a wormhole is the way to reach the higher dimension called "Slipspace."

"Strange Days at Blake Holsey High", a television series running from 2002-2006, focuses on the havoc caused by a wormhole present in the school itself. This wormhole was a by-product of experiments taking place in Pearadyne Laboratories, a company owned by Victor Pearson and actually located under the school. Strange things happen all the time at Blake Holsey High, and it is up to the science club to solve the mystery surrounding Pearadyne.

In the on-line fictional collaborative worldbuilding project "Orion's Arm" wormholes are used for communication between the millions of colonies in the local part of the Milky way Galaxy. In an attempt to make the physics of the wormhole travel at least semi-plausible, large amounts of ANEC violating exotic energy are required to maintain the holes, which are never-the-less large objects which must be maintained on the outermost reaches of the planetary systems concerned.

[sửa] Tham khảo

• Visser, Matt. The quantum physics of chronology protection by Matt Visser.. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005. An excellent and more concise review.
• Khatsymosky, Vladimir M.. Towards possibility of self-maintained vacuum traversable wormhole. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Roman, Thomas, A.. Some Thoughts on Energy Conditions and Wormholes. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Krasnikov, Serguei. The quantum inequalities do not forbid spacetime shortcuts. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Krasnikov, Serguei. Counter example to a quantum inequality. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Teo, Edward. Rotating traversable wormholes. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• González-Díaz, Pedro F.. Ringholes and closed timelike curves. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• González-Díaz, Pedro F.. Quantum time machine. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• DeBenedictis, Andrew and Das, A.. On a General Class of Wormhole Geometries. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Li, Li-Xin. Two Open Universes Connected by a Wormhole: Exact Solutions. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Nandi, Kamal K. and Zhang, Yuan-Zhong. A Quantum Constraint for the Physical Viability of Classical Traversable Lorentzian Wormholes. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Dzhunushaliev, Vladimir. Strings in the Einstein's paradigm of matter. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Garattini, Remo. How Spacetime Foam modifies the brick wall. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.
• Ori, Amos. A new time-machine model with compact vacuum core. arXiv eprint server. Được truy cập ngày August 12, 2005.

[sửa] Liên kết ngoài

• What exactly is a 'wormhole'? answered by Richard F. Holman, William A. Hiscock and Matt Visser.
• Why wormholes? by Matt Visser.
• Wormholes in General Relativity by Soshichi Uchii.
• Time, Time Travel & Traversable Wormholes includes a discussion forum.
• White holes and Wormholes provides a very good description of Schwarzschild wormholes with graphics and animations, by Andrew J. S. Hamilton.

[sửa] Xem thêm

• Alcubierre drive
• Chronology protection conjecture
• Sao đặc
• Nhanh hơn ánh sáng
• Tử tinh
• Hố đen
• Hố trắng
• Đường hầm lượng tử
• Đám mây lỗ đen
• Tiểu lỗ đen
• Sao Neutron
• Nguyên lý tự kiên định Novikov
• Vòng Roman
• Lỗ đen quay
• Schwarzschild metric
• Bức xạ Schwarzschild
• Sức đẩy của vũ trụ
• Stargate SG-1
• String theory
• Lỗ đen siêu đặc
• Lịch sử thuyết tương đối
• Du hành vượt thời gian
• Thuyết lỗ đen

[sửa] Liên kết ngoài

• Câu thường hỏi về hố đen