Удивительные червоточины: сквозь время и пространство

Рассказать всей Вселенной!

  • 1

    Поделиться

Кротовая нора (червоточина) – это гипотетический космический «туннель». Он соединяет удаленные друг от друга точки пространства особым образом. Поэтому путешествие через червоточину может занять гораздо меньше времени, чем путешествие между этими же точками в нормальном пространстве. Концы червоточины в теории могут существовать в одной и той же Вселенной. Или же быть межвселенными (существовать в разных Вселенных и, таким образом, являться неким мостом между ними).

Возможность существования кротовых нор вытекает из решений некоторых уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Они весьма элегантно и логично возникают в рамках этой теории. И поэтому некоторые теоретики считают, что настоящие червоточины могут быть в конечном итоге найдены. Или изготовлены. И, возможно, использованы для быстрых космических путешествий или путешествий во времени. Но есть нюанс. Одно предполагаемое свойство червоточин заключается в том, что они чрезвычайно нестабильны. И, вероятно, мгновенно разрушатся, если даже небольшое количество вещества, вроде единичного фотона, попытается пройти сквозь них. Возможным способом решения этой проблемы является использование экзотической материи для предотвращения взрыва и исчезновения объекта.

Как образуется кротовая нора в космосе?

Впервые о возможности существования кротовых нор в космосе заговорили еще в 1920-х, когда ученые активно обсуждали выводы из общей теории относительности. Правда тогда еще никто не придавал ей такое значение, как сейчас, предполагая, что кротовая нора – это некое подобие электромагнитной аномалии. Также в 1935 г. была выдвинута гипотеза о существовании моста Эйнштейна-Розена, представляющего собой соединение разных областей пространства вблизи черной дыры.

Первые современные определения кротовых нор начали появляться в 50-е годы ХХ века. В 1957 г. американский физик Джон Уилер предположил, что в некоторых областях космоса могут существовать такие точки, в которых поток энергии приводит к образованию червоточин, связывающих отдаленные точки пространства-времени. В отличие от моста Эйнштейна-Розена, который считается непроходимой кротовой норой, через такие червоточины вполне может проходить материя, в считанные мгновения перемещаясь из одной области пространства в другую.

Визуально кротовую нору обычно изображают в виде тоннеля, соединяющего отдельные точки плоскости, согнутой пополам. Если представить себе, что мы живем в плоской Вселенной, где для того, чтобы добраться с одной точки в другую нужно затратить колоссальное время и энергию, то кротовая нора будет своеобразной дырой в этом плоском листе, позволяющей добраться в отдаленную часть космоса по кратчайшему пути. Учитывая тот факт, что ученые и так уже давно считают, что мы действительно живем в плоской Вселенной, вероятность реального существования кротовых нор оказывается очень высокой.

Червоточины, «кротовые норы»: простейший способ обмануть расстояние

В научной фантастике червоточины часто используют для путешествий на большие расстояния в космосе. Возможны ли эти магические мосты в реальности?

При всем энтузиазме, будущее человечества в космосе (здесь под космосом имеется в виду не Солнечная система и даже не галактика) выглядит туманным. Мы — мешки с мясом и водой, воды все же больше, а звезды очень и очень далеко. Вооружившись самой оптимистической технологией космического полета, которую только можно вообразить, достичь другой звезды за человеческую жизнь вряд ли удастся.

Реальность говорит нам, что даже самые близкие звезды находятся непостижимо далеко, и потребуется огромное количество энергии и времени, чтобы осуществить путешествие. Реальность говорит, что нам нужен корабль, который каким-то образом сможет продержаться сотни или тысячи лет, за которые будут рождаться поколения и поколения астронавтов, проживать свои жизни и умирать по дороге к другой звезде.

Научная фантастика, с другой стороны, дразнит нас соблазнительными методами продвинутого движения. Врубайте варп-двигатель и смотрите, как звезды проносятся мимо, а путешествие к Альфе Центавра похоже на прогулочный круиз.

Еще проще взять червоточину. Волшебный мост, соединяющий две точки в пространстве и времени друг с другом. Просто определите пункт назначения, подождите, пока звездные врата стабилизируются и двигайтесь. Двигайтесь к месту за полгалактики от вас.

Было бы неплохо. Кто-то точно должен изобрести эти червоточины, проложив — нет, прорубив — для нас дорожку в смелое новое будущее межгалактических путешествий. Откуда ж взялись эти червоточины и почему мы до сих пор ими не пользуемся?

Классический пример демонстрации червоточины был показан в фильме «Интерстеллар»: рисуете две точки на бумаге, а затем складываете бумагу и карандашом пронзаете обе точки. Хорошо, на бумаге все понятно, но что с физикой?

Эйнштейн показал, что гравитация не является силой, которая притягивает материю подобно магнетизму, а скорее искривляет пространство-время. Луна думает, что движется по прямой линии через пространство, но на самом деле следует искривленному пути, созданному гравитацией Земли.

Альберт Эйнштейн и физик Натан Розен решили, что можно запутать пространство-время так тесно, что две точки будут разделять одно и то же физическое местоположение. Если вам затем удастся стабилизировать все это, вы сможете осторожно разделить две области пространства-времени так, что они будут в одном месте, но на любом расстоянии друг от друга.

Нырните в гравитационный колодец по одну сторону червоточины и мгновенно окажетесь на другой стороне. За миллионы или миллиарды световых лет. И хотя червоточины теоретически совершенно возможно создать, на практике, из того, что мы знаем на текущий момент, это практически невозможно.

Первая крупная проблема заключается в том, что червоточины непроходимы в соответствии с общей теорией относительности. Вдумайтесь: физика, которая предсказывает эти вещи, не позволяет использовать их в качестве метода транспортировки. Это серьезный аргумент против них.

Второе, даже если червоточины возможно создать, они будут совершенно нестабильны и коллапсируют сразу после образования. Если вы попытаетесь пройти в один конец, вы можете запросто угодить в черную дыру.

В-третьих, даже если они будут проходимы и стабильны, попытка какого-нибудь материала пройти через них — даже фотонов света — может привести к коллапсу.

Впрочем, есть проблеск надежды, поскольку физики до конца не выяснили, как объединить гравитацию и квантовую механику.

Это значит, что Вселенная сама по себе может скрывать факты о червоточинах, которых мы пока не понимаем. Существует возможность, что они появились естественным образом как часть Большого Взрыва, когда пространство-время всей Вселенной было запутано в сингулярность.

Астрономы предлагали искать червоточины в космосе, наблюдая за тем, как их гравитация искажает свет звезд за ними. Но пока ничего не нашли.

Существует также возможность, что червоточины появляются естественным образом, подобно виртуальным частицам, которые, как мы знаем, существуют. Только будут чрезвычайно малыми, в планковских масштабах. Вам понадобится маленький космический аппарат.

Вот как это работает. Во-первых, создайте червоточину в лаборатории. Затем возьмите один конец червоточины, поместите на космический аппарат и летите со скоростью, близкой к световой, так, чтобы сработал эффект замедления времени.

Для людей на космическом корабле пройдет всего несколько лет, тогда как на Земле пройдут сотни или даже тысячи лет. Если вам удастся поддерживать червоточину стабильной, открытой и проходимой, путешествовать через нее было бы весьма интересно.

Если вы пройдете в одном направлении, вы не только преодолеете расстояние между червоточинами, но и переместитесь из одного времени в другое. Причем работать это должно в обоих направлениях, туда и обратно. Некоторые физики вроде Леонарда Сасскинда считают, что это не сработает, потому что нарушает два фундаментальных принципа физики: сохранение локальной энергии и принцип неопределенности энергии-времени.

К сожалению, кажется, что червоточины должны оставаться в области научной фантастики в обозримом будущем и, возможно, навсегда. Даже если появится возможность создать червоточину, ее придется поддерживать стабильной и открытой, а также выяснить, как не дать материи в ней коллапсировать. Впрочем, если мы когда-нибудь совершим этот подвиг, вопрос с путешествиями в космосе будет решен.

Как создать кротовую нору для путешествий по Вселенной?

Подробное изучение гипотетических свойств кротовых нор в космосе убедило ученых, что такие объекты являются крайне нестабильными. Если червоточины и существуют, то они практически мгновенно появляются и исчезают в разных областях пространства-времени, и предугадать место их появления крайне затруднительно. Кроме этого, при попадании даже одного фотона в такую кротовую нору, она может мгновенно схлопнуться со скоростью света, в связи с чем о путешествиях через червоточины к другим галактикам не может быть и речи.

Но возможность использовать кротовые норы для посещения иных миров не дает ученым покоя, в связи с чем они продолжат строить все новые и новые модели. Одной из них стала работа ученых Калифорнийского университета, которую сейчас горячо обсуждают на различных форумах. Группа физиков под руководством Зикао Фу предположила, что нивелировать нестабильность кротовых нор можно при помощи двух черных дыр во Вселенной с противоположным зарядом. Кротовая нора, образованная между такими дырами, позволит войти и выйти из тоннеля без негативных последствий, так как пространство-время внутри червоточины будет замедляться, поворачиваться в обратную сторону и выталкивать объекты с противоположной стороны.

Правда в данном случае все равно сохраняется угроза нестабильности, только теперь уже для самих черных дыр. При прохождении объекта через червоточину они могут упасть друг на друга, превратившись в черную дыру с нейтральным зарядом и навсегда заперев попавшую внутрь материю. Чтобы этого не произошло, ученые предлагают использовать еще более экзотический гипотетический объект – космические струны. Такие струны представляют собой уникальный объект во Вселенной, обладающий минимальным диаметром (около одного протона), но способный растягиваться на гигантские расстояния в несколько световых лет. По мнению ученых, такие струны должны предотвратить схлопывание кротовой норы и предотвратить объединение черных дыр.

Проходимые червоточины

Интерес к так называемым проходимым червоточинам усилился после публикации в 1987 году интересной статьи. Ее авторами были Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер (MTY) из Калифорнийского технологического института. Эта статья возникла после запроса к Торну Карла Сагана, который обдумывал способ перемещения героини своего романа «Контакт» на межзвездные расстояния со сверхсветовой скоростью. Торн передал рассмотрение проблемы студентам, Майклу Моррису и Ульви Юртсеверу. Они рассчитали, что такое путешествие в принципе могло бы быть возможным. Нужно лишь чтобы червоточина оставалась открытой достаточно долго, чтобы через нее мог пройти космический корабль. Или любой другой объект. Группа MTY пришла к выводу, что для сохранения открытой червоточины потребуется вещество с отрицательной плотностью энергии. И большим отрицательным давлением – большим по величине, чем плотность энергии. Такая гипотетическая материя называется экзотической материей.

Кротовая нора возле Сатурна

Пока ученые пытаются найти способы искусственного создания кротовых нор, не исключено, что они появляются в космосе самопроизвольно. В последние недели СМИ начали активно распространять информацию о том, что возле Сатурна обнаружили странное излучение, которое приверженцы апокалипсиса сразу назвали зарождающейся черной дырой, угрожающей всей Солнечной системе. По аналогии с фильмом «Интерстеллар» многие заговорили о том, что на самом деле это не черная дыра, а кротовая нора, через которую открывается путь к другим галактикам или даже в другую Вселенную. Однако на самом деле это может быть простым сбоем аппаратуры, произошедшем в результате электромагнитного или гамма всплеска.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: