Путешествие через червоточины

Луч света или частица вещества может пройти через червоточину, или кротовую нору. Такой вывод сделали учёные из Гарвардского и Стэнфордского университетов. Как утверждают авторы, их работа может перевернуть квантовую механику. А вот паковать вещички для вояжа в другие галактики не стоит.

Напомним, что червоточины – это своеобразные туннели, ведущие из одной области пространства-времени в другую. Их существование допускается современной физикой, но подобные объекты ещё не обнаружены.

Фантастические фильмы сделали популярным следующее представление. Космический корабль ныряет в кротовую нору и выходит из неё за много световых лет от точки входа. Таким образом, по мысли сценаристов, можно обойти тот печальный факт, что никакое тело не может разогнаться до сверхсветовой скорости (а значит, на пересечение Галактики потребуется не меньше ста тысяч лет). Червоточина представляется горизонтальным туннелем, проходящим гору насквозь по прямой вместо долгого и утомительного путешествия по склонам.

Однако физики не торопятся разделить энтузиазм фантастов. Многие специалисты сомневаются, что сквозь кротовые норы, даже если они действительно существуют, может проникнуть хотя бы луч света.

В 1935 году физики Альберт Эйнштейн и Натан Розен, используя Общую теорию относительности, предположили, что во Вселенной существуют специальные «Мосты» через пространство-время. Эти пути, которые назвали мостами Эйнштейна - Розена (или червоточинами), соединяют две совершенно разные точки в пространстве-времени путем теоретического создания искривления пространства, которое сокращает путешествие из одной точки в другую.

 

Дело в том, что, по современным представлениям, для поддержания червоточины нужна экзотическая материя, обладающая отрицательной энергией.

Однако Дэниел Джафферис (Daniel Jafferis) из Гарвардского университета и его коллеги построили теоретическую модель кротовой норы, для существования которой не требуется столь необычных субстанций. Входом и выходом в такую червоточину, по мысли авторов, являются две чёрные дыры, находящиеся в состоянии квантовой запутанности друг с другом.

«С внешней точки зрения путешествие через червоточину эквивалентно квантовой телепортации с использованием запутанных чёрных дыр», – говорит Джафферис.

Правда, совершить таким способом туристический тур по Галактике не удастся.

«Прохождение этих червоточин занимает больше времени, чем обычное движение, поэтому они не очень полезны для космических путешествий», – объясняет учёный.

Впрочем, физики и не стремились изобрести межзвёздный транспорт.

«Реальный смысл этой работы связан с информационной проблемой чёрной дыры и связями между гравитацией и квантовой механикой», – отмечает Джафферис.

Гипотетически любая кротовая нора состоит из двух входов и горловины, то есть того самого туннеля. При этом, скорее всего, входы у кротовой норы представляют сфероидальную форму, а горловина может представлять как прямой отрезок пространства, так и спиральный.

 

Напомним, что науке пока не удалось согласовать между собой две крупнейшие физические теории XX века: общую теорию относительности (ОТО) и квантовую механику. Каждая из них прекрасно проверена и успешно работает "в своём огороде". ОТО занимается пространством, временем и гравитацией, а квантовая физика – поведением вещества в атомных и ещё меньших масштабах. Однако при попытке применить две эти теории к одному и тому же объекту получаются противоречивые результаты.

Примером может служить упомянутый выше парадокс, связанный с информацией в чёрной дыре. Согласно ОТО, состояние чёрной дыры, если она не вращается и не имеет электрического заряда, зависит только от её массы. Другими словами, все такие чёрные дыры одной массы одинаковы.

Общая теория относительности математически доказывает вероятность существования кротовых нор, но до сих пор ни одна из них не была обнаружена человеком. Сложность ее обнаружения заключается в том, что предполагаемая огромная масса кротовых нор и гравитационные эффекты просто поглощают свет и не дают ему отразиться.

 

Таким образом, неважно, что именно мы уронили в чёрную дыру, увеличив её массу: золотой слиток, кусок кирпича или живое существо. Конечный результат зависит только от массы «жертвы». Это противоречит одному из основных постулатов квантовой механики, гласящему, что по нынешнему состоянию любой системы в принципе можно установить все её предыдущие состояния (хотя на практике такой расчёт обычно оказывается не по силам никакому математику).

Возможно, работа авторов поможет разобраться в этой головоломке, если, конечно, их выводы будут подтверждены независимыми экспертами.

«Я думаю, что это (исследование) даст нам глубокие знания о квантовой гравитации и, возможно, даже о новом способе cформулировать квантовую механику», – заявляет Джафферис.

Физики представили свои выводы на апрельской конференции Американского физического общества

.

Червоточины - это повторяющийся мотив в научной фантастике. Теоретически, такой туннель может быть пройден из одной точки пространства в другую, фактически не преодолевая расстояния между ними.

Надежда на существование этих экзотических объектов основывается на том факте, что уравнения Эйнштейна учитывают червоточины в качестве их решения. Однако для того, чтобы червоточины могли проходить и не разрушаться из-за гравитационных эффектов, сила отталкивания в узком месте червоточины должна быть чрезвычайно высоким.

Обычно физики-теоретики предлагают два варианта этой силы отталкивания: концентрация темной энергии или вакуумные флуктуации квантовых полей вокруг узкого места. Оба решения довольно необычны и требуют определенной степени воображения и оптимизма для дальнейшего развития.