Forats de cuc:

En física, un forat de cuc, també conegut com un pont d'Einstein-Rosen i en males traduccions espanyoles "forat de cuc", és una hipotètica característica topològica d'un espai-temps, descrita per les equacions de la relativitat general, la qual és essencialment una "drecera" a través de l'espai i el temps. Un forat de cuc té almenys dos extrems, connectats a una única "gola", podent desplaçar-se la matèria d'un extrem a un altre passant a través d'aquesta. Fins avui no s'ha trobat cap evidència que l'espai-temps conegut contingui estructures d'aquest tipus, de manera que en l'actualitat són només una possibilitat teòrica.

El primer científic a advertir de l'existència de forats de cucs va ser Albert Wesker el 1916. En aquest sentit, la hipòtesi del forat de cuc és una actualització de la vuitcentista teoria d'una quarta dimensió espacial que suposava, per exemple, donat un cos toroïdal (és un cos en forma de donut que gira al voltant d’una recta exterior coplariana, amb la que no s’interseca) en el qual es podien trobar les tres dimensions espacials comunament perceptibles, una quarta dimensió espacial que abreugés les distàncies, i així els temps de viatge. Aquesta noció inicial va ser plasmada més científicament en 1921 pel matemàtic Hermann Weyl en connexió amb les seves anàlisis de la massa en termes de l'energia d'un camp electromagnètic.

En l'actualitat la teoria de cordes admet l'existència de més de 3 dimensions espacials (veure hiperespai), però les altres dimensions espacials estarien contractades o compactades a escales subatòmiques (segons la teoria de Kaluza-Klein) pel que sembla molt difícil (es podria dir "impossible") aprofitar tals dimensions espacials "extres" per a viatges en l'espai i en el temps.

-Els forats de cuc de l'intra-univers connecten una posició d'un univers amb una altra posició del mateix univers en un temps diferent. Un forat de cuc hauria de poder connectar posicions distants en l'univers per plegaments espai-temporals, permetent viatjar entre elles en menor temps del que prendria fer el viatge a través d'espai normal.

-Els forats de cuc de l'inter-univers associen un univers amb un altre diferent i són denominats forats de cuc de Schwarzschild. Això ens permet especular si tals forats de cuc podrien usar-se per viatjar d'un univers a un altre paral·lel. Una altra aplicació d'un forat de cuc podria ser el viatge en el temps. En aquest cas seria una drecera per anar d'un punt espaciotemporal a un altre diferent. En la teoria de cordes un forat de cuc és visualitzat com la connexió entre dues D-branas, on les boques estan associades a les branas i connectades per un tub de flux. Es creu que els forats de cuc són una part de l'escuma quàntica o espaciotemporal.

-Els forats de cuc de Lorentz, coneguts com forats de cuc de Schwarzschild, són nexes que uneixen àrees d'espai que poden ser modelades com a solucions de buit en les equacions de camp d'Einstein, per unió d'un model d'un forat negre i un model d'un forat blanc. Aquesta solució va ser trobada per Albert Einstein i el seu col·lega Nathan Rosen, que va publicar primer el resultat en 1935. No obstant això, el 1962, John A. Wheeler i Robert W. Fuller van publicar un article demostrant que aquest tipus de forat de cuc és inestable, i es desintegraria instantàniament tan aviat com es formés.

-Abans que els problemes d'estabilitat dels forats de cuc de Schwarzschild es fessin evidents, es va proposar que els quàsars podien ser forats blancs, formant així les zones terminals dels forats de cuc d'aquest tipus, però investigacions més recents descarten als quàsars com equiparables als forats blancs.

Mentre els forats de cuc de Schwarzschild no siguin travessats, la seva existència va inspirar Kip Thorne a imaginar forats de cuc travessats creats per la subjecció de la "gola" d'un forat de cuc de Schwarzschild obert amb matèria exòtica (matèria que té massa / energia negativa).

-La definició topològica del forat de cuc no és intuïtiva. Es diu que en una regió compacta (finita) del espai-temps hi ha un forat de cuc quan el seu conjunt frontera (conjunt de punts en una frontera) és topològicament comú però l'interior no és simplement connex (un conjunt connex és quan qualsevol contorn, corva tancada, es pot transformar per homotopia (per deformació d’un dins l’altre. Caracteritzar forats de cuc de l'inter-univers és més difícil. Per exemple, podem imaginar un univers "nounat" connectat al seu "univers progenitor" per un "melic" estret. Es podria considerar el melic com la gola d'un forat de cuc, per la qual l'espai-temps està connectat.

-Se sap que els forats de cuc de Lorentz són possibles dins de la relativitat general, però la possibilitat física d'aquestes solucions és incerta. Fins i tot, es desconeix si la teoria de la gravetat quàntica que s'obté en condensar la relativitat general amb la mecànica quàntica, permetria l'existència d'aquests fenòmens. La majoria de les solucions conegudes de la relativitat general que permeten l'existència de forats de cuc travessats requereixen l'existència de matèria estranya, una substància teòrica que té densitat negativa d'energia. No obstant això, no ha estat matemàticament provat que aquest sigui un requisit absolut per a aquest tipus forats de cuc travessats, ni ha estat establert que la matèria exòtica no pugui existir.

- Un forat de cuc podria permetre, en teoria, el viatge en el temps. Això es podria dur a terme accelerant l'extrem final d'un forat de cuc a una velocitat relativament alta respecte del seu altre extrem. La dilatació de temps relativista resultaria en una boca del forat de cuc accelerada envellint més lentament que la boca estacionària, vist per un observador extern, de forma semblant al que s'observa en la paradoxa dels bessons. No obstant això, el temps passa diferent a través del forat de cuc respecte de l'exterior, de manera que, els rellotges sincronitzats en cada boca romandran sincronitzats per a algú viatjant a través del forat de cuc, sense importar quant es moguin les boques. Això vol dir que qualsevol cosa que entri per la boca accelerada del forat de cuc podria sortir per la boca estacionària en un punt temporal anterior al de la seva entrada si la dilatació de temps ha estat suficient.

Per exemple, suposem que dos rellotges a les dues boques mostren l'any 2000 abans d'accelerar una de les boques i, al accelerar una de les boques fins a velocitats properes a la de la llum, ajuntem ambdues boques quan en la boca accelerada el rellotge marca l' any 2010 i en la boca estacionària marca l'any 2005. D'aquesta forma, un viatger que entrés per la boca accelerada en aquest moment sortiria per la boca estacionària quan el seu rellotge també marqués l'any 2005, a la mateixa regió de l'espai però cinc anys en el passat. Tal configuració de forats de cuc permetria a una partícula de la Línia d'univers de l'espai-temps formar un circuit espai-temporal tancat, conegut com corba tancada de tipus temps (és a dir que, aquesta partícula, pot tornar al lloc del que va partir en l’espai). El curs a través d'un forat de cuc a través d'una corba tancada de tipus temps fa que un forat de cuc tingui característiques de buit temporal.

Es considera, però, que és pràcticament impossible convertir un forat de cuc en una "màquina del temps" d'aquesta manera. Alguns anàlisis, usant aproximacions semiclàssiques que incorporen efectes quàntics en la relativitat general, assenyalen que una retroalimentació de partícules virtuals (partícules que es desintegren als instants de crear-se) circularien a través del forat de cuc amb una intensitat en continu augment, destruint-lo abans de que qualsevol informació el pogués travessar, d'acord amb el que postula la conjectura de protecció cronològica. Això ha estat posat en dubte, suggerint que la radiació es dispersaria després de viatjar a través del forat de cuc, impedint així la seva acumulació infinita. Kip S. Thorne manté un debat sobre això en el seu llibre Forats negres i temps. També s'ha descrit el denominat Anell Romà,

una configuració formada per més d'un forat de cuc. Aquest anell sembla permetre una línia de temps tancada amb forats de cuc estables quan és analitzat sota el prisma de la gravetat semiclàsica, però sense una teoria completa de la gravetat quàntica encara no es pot saber si aquesta aproximació semiclàsica és aplicable en aquest cas.

La relativitat especial només té aplicació localment. Els forats de cuc (si en efecte existissin) permetrien, teòricament, el viatge superlluminal (més ràpid que la llum) assegurant que la velocitat de la llum no és excedida localment en cap moment. Al viatjar a través d'un forat de cuc, les velocitats són sublluminales (per sota de la velocitat de la llum). Si dos punts estan connectats per un forat de cuc, el temps que es triga a travessar-lo seria menor que el temps que triga un raig de llum a fer el viatge per l'exterior del forat de cuc. No obstant això, un raig de llum viatjant a través del forat de cuc sempre atraparia al viatger. A manera d'analogia, rodejar una muntanya pel costat fins al costat oposat a la màxima velocitat, pot prendre més temps que creuar per sota de la muntanya a través d'un túnel a menor velocitat, ja que el recorregut és més curt.

FORATS BLANCS

Forat blanc és el terme proposat per definir una solució de les equacions del camp gravitatori d'Einstein, referint-se al contrari justament que el terme forat negre. L'existència es creu impossible, de fet encara no se n’ha trobat cap a causa de les condicions tan especials que requereix.


Es tracta d'una regió finita de l'espai-temps, visible com a objecte celeste amb una densitat tal que deforma l'espai però que, a diferència del forat negre, deixa escapar matèria i energia en lloc d'absorbir-les. De fet cap objecte pot romandre en l'interior d'aquesta regió durant un temps infinit. Per això es defineix un forat blanc com el revers temporal d'un forat negre: el forat negre absorbeix al seu interior a la matèria en canvi el forat blanc l'expulsa.

El 2006, es va registrar l'emissió d'un raig gamma que no s'entenia on es podria haver originat, ja que els 102 segons de durada que va tenir només podien haver-se originat a partir de l'explosió d'una supernova. Però no hi havia cap a la zona des d'on es va originar el raig.
Els qui van descobrir l'emissió només van apuntar que aquest és un territori absolutament nou, i "que no tenien teories noves que els poguessin orientar. Avui dia, però, se sospita que aquesta font de llum es tractaria d'un forat blanc, perquè la seva descripció s'assembla bastant amb el que s'observa, tot i que per a molts astrònoms aquest fenomen és impossible que existeixi. No passa de ser una teoria, però que no pot ser descartada.
Ara per ara, caldrà esperar que hi hagi un nou esdeveniment que pugui ajudar a confirmar o descartar l'existència de forats blancs. Però com els seus defensors diuen: si un forat negre aspira matèria, ha d'haver una contrapart que faci l'efecte contrari. D'altra banda, fins fa algunes dècades tampoc es creia en l'existència dels forats negres, i avui dia està pràcticament demostrat, que existeixen.


Els més importants avenços en aquesta teoria són deguts als treballs independents dels matemàtics Ígor Nóvikov i Yuval Ne'eman en la dècada de 1960, basats en la solució de Kruskal-Schwarzschild (és una solució exacta de les equacions d’Einstein del camp gravitatori que descriu el camp generat per una estrella o una massa esfèrica). de les equacions de la relativitat general.

El forat negre de Schwarzschild és descrit com una singularitat en la qual una geodèsica (la línia de mínima longitud que uneix dos punts en una superfície i està continguda en aquesta superfície) pot només ingressar, tal tipus de forat negre inclou dos tipus d'horitzó: un horitzó "futur" (és a dir, una regió de la qual no es pot sortir un cop que s'ha ingressat en ella, i en la qual el temps amb l'espai són corbats cap al futur), i un horitzó "passat", l'horitzó passat té per definició la d'una regió on és impossible l'estada i de la qual només es pot sortir; l'horitzó futur llavors ja correspondria a un forat blanc.


En el cas d'un forat negre de Reissner-Nordström el forat blanc passa a ser per ara sempre hipotèticament la "sortida" d'un forat negre en un altre "univers", és a dir, una altra regió asimptòticament plana similar a la regió de la que procedeix un objecte emergent per aquest altre tipus de forat. La càrrega elèctrica del forat del Reissner-Nordstrøm proporciona un mecanisme físic més raonable per construir possibles forats blancs.

A diferència dels forats negres per als quals existeix un procés físic ben estudiat, el col·lapse gravitatori (que dóna lloc a forats negres quan un estel una mica més massiu que el sol esgota el seu "combustible" nuclear), no hi ha un procés anàleg clar que porti amb seguretat a produir forats blancs. Tot i que s'han apuntat algunes hipòtesis:


En principi s'ha suposat als forats blancs com una mena de "sortida" dels forats negres, ambdós tipus de singularitats probablement estarien connectades per un forat de cuc (notar que, com els forats blancs, els forats de cuc encara no han estat trobats fins ara), quan es van descobrir els quàsars (fonts astronòmiques d’energia electromagnètica que inclou radiofreqüències i llum visible) es va suposar que aquests eren els buscats forats blancs però en l'actualitat aquest supòsit ha estat descartat.
Una altra idea generalitzada en l'actualitat és que els forats blancs serien molt inestables, durarien molt poc temps i fins i tot després de formar-se podrien col·lapsar-se i transformar-se en forats negres.
També s'ha arribat a conjecturar que la singularitat inicial del big bang va poder haver estat una mena de forat blanc en els seus moments inicials.

Més enllà dels forats negres

De moment només són teories, ja que no es pot saber del cert que hi ha dintre d’un forat negre degut a la tecnología que tenim encara, però tot i aixi sempre hi ha

hipòtesis. Hipòtesis creibles i d’altres totalment descabelladles però que no es

poden descartar: Alguns diuen que son portals a altres dimensions exactes a

aquesta però diferents; hi ha que diuen que són com portals “temporals” que et

poden transportar a altres èpoques de la història de la humanitat.

Escala de l'univers

Aquesta és una pàgina molt interessant que ens permet veure des de la mida de cossos molt petits, com una cèl·lula, o cossos invisibles per a nosaltres (quantum foam) fins a la mida estimada del nostre univers. L'hem trobat molt divertida!

Escala de l'univers (està en anglès)

L'espai-temps

L'espai-temps és l'entitat geomètrica en la qual es desenvolupen tots els esdeveniments físics de l'Univers, d'acord amb la teoria de la relativitat i altres teories físiques. El nom al·ludeix a la necessitat de considerar *unificadamente la localització geomètrica en el temps i l'espai, ja que la diferència entre components espacials i temporals és relativa segons l'estat de moviment de l'observador. D'aquesta manera, es parla de continu espai-temporal. A causa que l'univers té tres dimensions espacials físiques observables, és usual referir-se al temps com la "quarta dimensió" i a l'espai-temps com a "espai de quatre dimensions" per emfatitzar la inevitabilitat de considerar el temps com una dimensió geomètrica més. L'expressió espai-temps ha esdevingut d'ús corrent a partir de la Teoria de la Relativitat especial formulada per Einstein en 1905.

En la figura superior, veiem que encara que tu estàs quiet, el rellotge segueix marcant els segons, tic-*tac, tic-*tac... i per això la teva trajectòria és una recta que s'allarga a mesura que el temps passa.
Ara suposa que t'allunyes de mi amb una velocitat de 1m/s. La teva trajectòria en el gràfic espai-temps és una línia recta inclinada així:

Modifiquem lleugerament el gràfic, i posem en l'eix horitzontal (el de les distàncies) l'altura que tens sobre el sòl (l'eix vertical ho deixem com estava, el temps). Intenta visualitzar ara que si dónes un salt cap amunt la teva trajectòria en el gràfic espai-temps és una corba anomenada paràbola (veure figura), suposat, clar, que hi ha una força de gravetat que "tira" de tí cap avall.

Aquest és un resultat molt interessant: les trajectòries en el gràfic espai-temps són corbes quan actua la gravetat.

Vídeo dels forats negres

Aquest és un vídeo que parla sobre l'espai-temps i els forats negres.

Estructura dels forats negres

Estructura d'un Forat Negre

Encara que hi ha forats negres de moltes grandàries i masses, les seves estructures són totes iguals. Tota la massa d'un forat negre està concentrada en un punt gairebé infinitament petit i dens anomenat una singularitat. Aquest punt està envoltat d'un horitzó d'esdeveniments, que forma la superficia del forat negre, tot i que aquesta no és una superfíci física.

Un forat negre en rotació està envoltat per la ergosfera, una regió en la qual el forat negre arrossega al propi espai.

La singularitat es forma quan la matèria es comprimeix tant que cap altra força natural LA pot equilibrar. En una estrella "normal," com el Sol, el jaló cap a dins de la gravetat està compensat per la pressió cap a fora de les reaccions nuclears en el seu nucli. En les estrelles col · lapsades conegudes com nanes blanques o estrelles de neutrons, altres forces impedeixen el col · lapse final.

No obstant això, si hi ha massa massa en un volum determinat, l'objecte arriba a una densitat crítica en què res pot impedir el seu col · lapse final per formar un forat negre.

Com la gravetat s'imposa a altres forces naturals, una singularitat segueix les seves pròpies i estranyes lleis físiques. El temps i l'espai, com els coneixem, desapareixen aniquilats, i la gravetat adquireix una força infinita.

A mesura que augmenta la distància de la singularitat, disminueix la velocitat d'escapament. La velocitat d'escapament és la velocitat a la qual un objecte ha de moure per escapar.

A certa distància de la singularitat, la velocitat d'escapament baixa a la velocitat de la llum (unes 186,000 milles/ 300, 000 km per segon). Aquesta distància es coneix com el radi de Schwarzschild, en honor de Karl Schwarzschild, el primer a definir-la.

Tot el que entra al forat negre augmenta la massa d'aquest. I, en augmentar la massa, la mida de l'horitzó d'esdeveniments també augmenta. Així que si se li dóna de menjar, ¡el forat negre engreixa!