Можем ли мы создать червоточины?


Взгляд на популярный в научной фантастике метод путешествия во Вселенной.

Представьте, что вы хотите добраться из точки A в точку B. точка A в этом случае — Земля, а точка B — ближайшая к нам экзопланета, Альфа Центавра Bb, находящаяся на расстоянии 4,24 световых лет. Поскольку законы физики не позволяют чему-либо двигаться быстрее скорости света, это означает, что минимальное количество лет, необходимое для достижения точки B, будет составляет чуть более 4 лет. Однако в настоящее время и в течение еще многих лет у нас нет и не будет средств для передвижения со скоростью света. Что мы можем сделать с нашими нынешними технологиями путешествия при скоростях около 32 000 км в час или 0,003% скорости света. При таких темпах нам потребуется 142 000 лет, чтобы достичь Альфа Центавра.

Чтобы отправить людей на экзопланету, потребуются либо невероятные достижения в области длительного сохранения человека, либо отправка поколений людей жить на борту космического корабля, каким-то образом преодолевая проблемы воспроизводства в космосе, а также физическую и психологическую нагрузку, которые будут возникать во время длительного полёта. Есть также и проблемы с конструкцией космического корабля. Какой материал выдержит сотни тысяч лет? Сколько ресурсов — еды, воды, топлива — поместится на корабле? Как будет работать связь на таком огромном расстоянии?

Таким образом, нет никакого способа благополучно добраться из точки A в точку B. Если только не существует какой-то способ, который резко сократит время и расстояние, необходимые для достижения экзопланеты в другой звездной системе.

Наглядное объяснение червоточины из фильма Interstellar. 

 

Таким способом может стать червоточина или кротовая нора. Она является мостом в гиперпространстве (многомерном пространстве с более чем четырьмя измерениями) из одного места в другое, будь то на расстоянии 4 световых лет или 100 000 световых лет. Представьте, что вы берете полотно пространства-времени, складываете его и создаете отверстие от начальной точки до места, куда вы хотите попасть, минуя обширное пространство, которое вам первоначально пришлось бы преодолеть. Этот кратчайший путь может значительно сократить время в пути; в некоторых случаях вы прибудете в пункт назначения сразу после входа в червоточину.

Двумерное представление (опущены время и одна линейная координата) простой кротовой норы (червоточины), представляющее собой два устья (отверстия), соединённые горловиной, которые открываются в удалённые друг от друга части Вселенной.

 

Когда червоточины были впервые предложены в качестве решения уравнений общей теории относительности, они были названы мостами Эйнштейна-Розена в чест Альберта Эйнштейна и Натана Розена, которые сотрудничали в решении. Общая теория относительности утверждает, что гравитация работает, изгибая пространство-время. Если пространство-время можно согнуть по действием массы, то, конечно, его можно скрутить как угодно. Математикой проверено — червоточины никоим образом не нарушают законов физики. Но те же законы, которые говорят о червоточинах, также утверждают, что воспользоватся кротовыми норами будет невоможно.

Стены туннеля внутри червоточины будут совершенно нестабильны. Каждая сторона будет притягиваться к другой и это может схлопнут червоточину и убить любого пассажира во время путешествия. Но не только это, а ещё и дестабилизация червоточины может создать взрыв сверхновой, который нанесет ущерб любой близлежащей звездной системе.

Чтобы держать червоточину открытой, потребуется что-то, что препятствует действию гравитации, то есть она должна иметь отрицательную энергию. Отрицательная энергия, по сути, берет энергию из вакуума. Некая экзотическая материя могла бы обладать антигравитационными свойствами, если бы мы только смогли её найти. Как ни странно, тёмная энергия вызывает увеличение расширения Вселенной, преодолевая гравитацию. Но даже если это окажется ключом к тому, чтобы туннели червоточины оставались открытыми, только цивилизация, гораздо более развитая, чем наша, могла бы надеяться собрать достаточно тёмной энергии, чтобы искусственно создать надежную для путешествия червоточину.

Но даже тогда нет вероятности, что такое путешествие может быть осуществлено.

Согласно квантовой механике, внутри такого туннеля будет полно странных новых частиц и огромного количества радиации, которая просто сожжёт всё, что попытается пройти сквозь червоточину. И это в предположении, что гипотетические путешественники смогут поместиться в туннеле. И предполагая, что червоточина в конечном итоге является кратчайшим путём, а не более длинным, чем обычном космическом пространстве.

Стивен Хокинг предполагал, что червоточины уже существуют, только они настолько малы, что мы не можем их видеть. Так же, как масштабирование на любой, казалось бы, плоской поверхности покажет свои зазоры и шероховатости и отверстия, так же масштабирование во времени показывают, что это также не совсем гладко. Червоточины постоянно появляются и исчезают на квантовом уровне. В этой теории возможно как-то увеличить изначальную червоточину и сделать ее достаточно большой, чтобы человек или космический корабль мог пройти через нее. Можно увеличить натурально, так как Вселенная продолжает расширяться. А более мелкие червоточины могут быть использованы для передачи информации.

Тем не менее, будь-то в огромном масштабе или субатомном, на сегодняшний день мы не обнаружили никаких червоточин в нашей Вселенной. По мнению некоторых исследователей, это может быть потому что они прячутся за черными дырами. Это соответствовало бы общей теории относительности, которая гласит, что червоточины могут иметь черные дыры на каждом конце. Это также было бы более совместимо с квантовой механикой, где черные дыры всё ещё являются таинственными аномалиями, которые имели бы больше смысла, если бы они в конечном итоге скрывали червоточину.

Как и червоточины, белые дыры предсказываются общей теорией относительности, но также никогда ещё не были обнаружены. Вполне возможно, что на одном конце есть черная дыра, скрывающая червоточину, а на другом — белая дыра, откуда путешественник может выйти. Некоторые червоточины даже могут иметь несколько точек выхода, как тоннели метро. Внутри Вселенной есть червоточины, которые остаются в пределах одной Вселенной, но также могут быть и межвселенные червоточины, которые соединяют несколько вселенных. Есть односторонние червоточины, двухсторонние червоточины, червоточины, которые проходимы и не проходимы. На самом деле дизайн этих неуловимых туннелей постоянно меняется.

«Поскольку у нас еще нет теории, надежно объединяющей общую теорию относительности с квантовой механикой, мы не знаем всего множества возможных пространственно-временных структур, которые могли бы вместить червоточины».
 — Ави Лоеб (Avi Loeb), израильский учёный-физик.

В вопросах понимания червоточин очень много зависит от фактов, которых у нас до сих пор нет, и физики, которую нам еще предстоит понять. Прежде чем мы сможем уверенно сказать, существуют ли червоточины или нет, мы должны сначала лучше понять историю и геометрию нашей Вселенной. Возможно, они и не существуют в природе, но также нет надежного доказательства, что червоточина будет разрушаться каждый раз, когда она пересекается. Многие доказательства указывают на то, что эти мосты не более чем научная фантастика, но в то же время у нас недостаточно математики, чтобы опровергнуть их полностью. Некоторые ученые всё еще предлагают искать их, проверяя, как их гравитация может исказить свет позади них. Другие говорят, что червоточины дают ответ на увлекательный парадокс чёрной дыры. Сейчас мы просто этого не знаем и они продолжат жить пока только в области научной фантастики.

 


Comments 2


С удовольствием почитал бы про парадокс черных дыр. И как быть с Хокинговским излучением?

22.08.2018 19:55
0