Кротовая нора — это гипотетический астрофизический объект с искажением пространства и времени, в теории дающий возможность путешествовать даже сквозь разные вселенные. Как ее можно представить?

Краткая история кротовых нор

Впервые гипотеза червоточин была озвучена в 1916 году. Это произошло вскоре после того, как Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности. Людвиг Фламм, малоизвестный австрийский физик, рассмотрел простейшее возможное решение уравнений поля Эйнштейна, известное как решение Шварцшильда (или метрика Шварцшильда). Оно описывает гравитационное поле вокруг сферически-симметричной невращающейся массы. Если масса достаточно компактна, решение описывает особую форму явления, которое теперь называется черной дырой.

Как работает кротовая нора, похожая на черную дыру, но для путешествий во времени

Фламм понял, что уравнения Эйнштейна допускают второе решение, теперь известное как белая дыра. И что два решения, описывающие две разные области пространства-времени, были (математически) соединены пространственно-временным каналом. «Вход» черной дыры и «выход» белой дыры могут находиться в разных частях одной и той же Вселенной. Или в совершенно разных Вселенных.

В 1935 году Эйнштейн и Натан Розен продолжили исследование. Они оценивали теорию связей внутри или между Вселенными в статье, целью которой была попытка объяснить свойства фундаментальных частиц с точки зрения пространства-времени. В ход этой работы появился термин «мост Эйнштейна-Розена». Впоследствии физик Джон Уилер назвал его «червоточиной». (Уилер также ввел термины «черная дыра» и «квантовая пена».) В статье Уилера 1955 года рассматриваются червоточины в терминах топологических объектов. И, между прочим, именно в этой работе была представлена первая (теперь всем знакомая) схема червоточины в виде туннеля, соединяющего два отверстия в разных областях пространства-времени.

Наука о червоточине

Как работает кротовая нора, похожая на черную дыру, но для путешествий во времени
Не вдаваясь слишком далеко в глубины теории общей относительности и чрезвычайно высокого уровня астрофизики, попробуем разобраться в червоточине в ее самом базовом виде — мосте. На самом деле червоточины более технически называют мостами Эйнштейна-Розена, так как они были впервые предложены Альбертом Эйнштейном и Натаном Розеном в 1935 году. Считается, что эти мосты через пространство-время возможны благодаря эффекту изгиба, который все массивные объекты оказывают на пространство-время.

Предложение заключается в том, что два огромных массивных объекта (рты) могут изгибать пространство-время до такой точки, что они соединятся друг с другом через мост (горло). В теории это, конечно, значительно сократило бы время путешествия между этими двумя точками во вселенной, которые могли бы находиться на расстоянии миллиардов световых лет или всего лишь нескольких метрах. Другое, ещё более исключительное объяснение, заключается в том, что червоточины могут не только соединить два отдалённых места в нашей нынешней вселенной, но и фактически связывать другие вселенные!

Это горло может быть прямым маршрутом, или изогнутым путем, который пересекает более высокое измерение с очень далекой «другой стороной». Изогнутая двухмерная плоскость обычно является лучшим способом представить себе этот сценарий. Когда два объекта со значительной массой изгибают эту плоскость по направлению к противоположной стороне, теоретически может быть выполнено соединение. Мы говорим «теоретически», потому что, несмотря на то, что червоточины вписываются в принципы общей относительности, никакой червоточины пока не обнаружено.

Теперь вы можете подумать: «Если мы никогда не находили их, то откуда нам знать, что они существуют?». Ну, это хорошая мысль. Многие вещи в астрофизике и теоретической физике никогда не были открыты, но, как говорится, «математика работает», что означает, что они возможны. Считается, что если червоточины действительно существуют, то они являются результатом первобытной микроскопической червоточины, которая была расширена в начале Вселенной, непосредственно после Большого Взрыва.

Итак, исходя из предположения, что кротовые норы могут существовать и существуют, вопрос, который волнует всех: когда мы можем начать их использовать? Что ж, своеобразная и экзотическая природа червоточин делает идею их использования очень далекой в ​​будущем. Существует ряд основных проблем с поиском, использованием или даже эксплуатацией червоточин.

Какими бывают кротовые норы?

Как работает кротовая нора, похожая на черную дыру, но для путешествий во времени

Согласно исследованиям, существующие кротовые норы можно разделить на несколько подвидов:

  • Непроходимые

Они внешне напоминают черную дыру, но внутри такой дыры нет сингулярности, то есть бесконечной плотности материи, которая разрывает и уничтожает любую другую материю, попадающую в нее. В теории у таких нор даже нельзя поймать сигнал — они разрушаются слишком быстро.

  • Проходимые

Эти норы можно пересекать в обе стороны, что дает возможность для путешествий на большие расстояния без нарушения скоростного предела. Чтобы быть проходимой, кротовая нора должна быть заполнена темной материей.

  • Межмировые

Ряд ученых считает, что кротовые норы способны соединять не только точки в нашей вселенной, но и стать «коридорами» во вселенные параллельные.

  • Внутримировые

Если один из входов в кротовую нору движется относительно другого, или если он находится в мощном гравитационном поле, где замедляется временной поток, то такая нора способна стать настоящей машиной времени.

Где находится кротовая нора?

И сследователи считают, что вход в необходимую для межгалактических путешествий червоточину находится возле звезды S2, которая оборачивается вокруг Стрельца А*. Проблема в том, что текущие инструменты не позволяют точно измерить гравитационное состояние этой звезды и засечь возможные аномалии.

Как работает кротовая нора, похожая на черную дыру, но для путешествий во времени

При этом, Деян Стойкович говорит, что даже если у людей появятся необходимые инструменты — они все равно не смогут четко доказать, что червоточина действительно существует. «Когда мы достигнем точности, необходимой для наших наблюдений, мы сможем сказать, что червоточина является наиболее вероятным объяснением пертурбаций на орбите S2. Могут быть и какие-то другие объяснения, что-то еще на нашей стороне, мешающее движению этой звезды», — объясняет автор исследования.

Итогом этой работы стало, скорее, создание одной из техник, которая потенциально позволит нам засечь червоточину, а не ее реальное обнаружение. В то же время, ученые подтверждают, что кротовые норы — это лишь теоретический концепт, и никому пока не доводилось встречать что-либо подобное. Ах да, еще одна маленькая деталь: расстояние к черной дыре Стрелец А* составляет более 25 тыс. лет. Так что не исключено, что для вхождения в кротовую нору там в центре Млечного пути нам понадобится еще одна червоточина, чтобы добраться туда.

Кто придумал кротовые норы?

В энциклопедии Британника говорится: «Кротовая нора — это решение уравнений поля в общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которое напоминает туннель между двумя черными дырами или другими точками в пространстве-времени. Такой туннель обеспечил бы кратчайший путь между его конечными точками».

Чтобы представить наочно, как работает червоточина, можно провести прямую линию на листе бумаги, согнуть его пополам и проткнуть его насквозь в точках, где начинается и заканчивается линия. Таким образом, эта«брешь» в пространстве-времени позволяет схитрить и буквально пройти насквозь из одной точки Вселенной в другую.

Наиболее вероятные входы в червоточину — это черные дыры. Объекты, которые попадают за горизонт событий черной дыры, якобы разгоняются до скоростей, выше скорости света, и оказываются на другом конце кротовой норы. Одним из первых этот концепт визуализировал режиссер Стэнли Кубрик в своей Космической Одиссее в конце 1960-х, а несколько лет назад идею повторили в Интерстелларе Кристофера Нолана.

Правда, если в этих фильмах астронавтов лишь немного потрясло, когда они пробирались сквозь червоточину, — в реальности, скорее всего, все объекты, которые туда попадут, будут уничтожены и превратятся в космическую пыль из-за нестабильности кротовых нор, не говоря уже о чрезвычайном гравитационном воздействии и высочайших температурах при необратимом ускорении.

Проходимые червоточины

Как работает кротовая нора, похожая на черную дыру, но для путешествий во времени

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.

Сквозь кротовую нору

С тех пор как Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности, у нас появился математический язык для описания и представления этих фантастических структур. Тогда, однако, ученые называли их «одномерными трубами» и просто «мостами» – фактически, термин «мост Эйнштейна–Розена» все еще используется, местами заменяя термин «червоточина» (Натан Розен — израильский физик).

Представьте себе червя, прогрызающего себе путь через яблоко или кусок дерева? Образовавшийся в результате туннель, соединяющий одну часть поверхности с другой, более удаленной частью, является идеальной метафорой для чего-то, что может соединять отдаленные места во Вселенной. И поскольку Эйнштейн показал, что пространство и время фундаментально взаимосвязаны, путешествие через червоточину может не только привести нас в другое далекое место, но и послужить кратчайшим путем в другое время.

Червоточины – это своего рода туннели в пространстве-времени

Неудивительно, что идея червоточен так популярна в научной фантастике. В реальной жизни ничто не способно превысить скорость света. Это означает, что солнечному свету требуется более 5 часов, чтобы добраться до Плутона и годы, чтобы достичь других звездных систем. А в научно-фантастических книгах и фильмах герои редко тратят столько времени на перемещение по космосу. Таким образом, червоточины – это идеальный способ обойти ограничение скорости Эйнштейна и заставить героев и злодеев путешествовать по галактике в разумные сроки. Кроме того, они позволяют элементу путешествия во времени войти в сюжетную линию, не нарушая никаких законов физики. Но могут ли реальные люди также воспользоваться преимуществами червоточин?

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области астрофизики и космологии, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи которых нет на сайте

Тайны Вселенной

Как работает кротовая нора, похожая на черную дыру, но для путешествий во времени

Первая проблема для любого исследователя, решившего изучить червоточину – это найти ее. В то время как, согласно работе Эйнштейна, кротовые норы могут существовать, в реальности не найдено ни одной. В конце концов, может оказаться и так, что существование червоточен запрещено каким-то более глубоким физическим процессом, которому подчиняется Вселенная, но мы этого пока не обнаружили.

Вторая проблема заключается в том, что, несмотря на годы исследований, ученые до сих пор не совсем уверены, как будут работать червоточины. Может ли какая-либо технология когда-либо создать кротовые норы и управлять ими, или же эти гипотетические объекты просто часть Вселенной? Остаются ли они открытыми всегда или их можно пройти только в течение ограниченного времени? И, возможно, самое главное – достаточно ли они стабильны, чтобы позволить человеку путешествовать сквозь них? Ответов на все эти вопросы мы просто не знаем.

Но это не значит, что ученые не работают над этим. Несмотря на отсутствие реальных кротовых нор для изучения, исследователи могут моделировать и проверять уравнения Эйнштейна. Так, NASA официально проводило исследования червоточин на протяжении десятилетий, и только в 2019 году команда агентства описала, каким может быть это путешествие.

Эта работа касалось одной из самых популярных концепций червоточин, причем черные дыры служили в качестве входного отверстия. Но черные дыры, как известно, опасны и могут поглотить любого, кто подойдет слишком близко. Оказывается, однако, что некоторые черные дыры могут позволить объектам проходить через них относительно легко. Это позволило бы путешественнику исследовать пространство за ее пределами и, таким образом, устранить одно из самых больших препятствий для входа в такую червоточину. Но опять же, это только в том случае, если кротовые норы существуют.

Поэтому, пока мы не найдем настоящую червоточину для изучения или не поймем, что они не могут помочь нам исследовать Вселенную, придется все делать по старинке: отправляя ракеты в дальний путь, а наши умы – в воображаемые приключения.

Теория кротовых нор

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.

Как работает кротовая нора, похожая на черную дыру, но для путешествий во времени

Опять же 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.

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.

Несколько гипотез, построенных на базе общей теории относительности, предполагают существование кротовых нор, где роли входа и выхода играют черные дыры. Но стоит учесть, что появление самих черных дыр, образующихся от взрыва погибающих звезд, никоим образом не создает кротовую нору.

Можно ли создать кротовую нору искусственно?

В теории, в далеком будущем и при должном уровне развития ускорительной техники — да.

«Для создания кротовой норы, которая позволит быстро перемещаться между различными областями Вселенной, нужна экзотическая энергия, например, темная энергия достаточно высокой плотности или энергия микроскопических квантовых флуктуаций. Микроскопические кротовые норы, возможно, удастся создать в далеком будущем. Для этого нужны очень высокие энергии, которые пока не реализуются на современных ускорителях, но могут быть достигнуты с их развитием. А вот как искусственно создать большие кротовые норы, которые позволят космическому кораблю быстро перелететь в удаленную область нашей Вселенной, пока не очень ясно», — отмечает Эмиль Ахмедов.

Путешествия между вселенными: полетят люди ли через 150 лет в кротовую нору

Многомировая интерпретация квантовой механики позволила сделать вывод, что через червоточины можно путешествовать между вселенными. Они являются теоретическими мостами между параллельными мирами. В пространствах-временах с замкнутыми временоподобными кривыми отсутствует деструктивная форма положительной обратной связи виртуальных частиц, циркулирующих через кротовую нору. Таким образом, частица, которая возвращается из будущего, попадает в параллельную вселенную, а не в свою исходную.

Как работает кротовая нора, похожая на черную дыру, но для путешествий во времени

Учитывая, что сейчас ведется речь о колонизации Марса, Цереры, Луны, Венеры, Меркурия, спутников Юпитера и Сатурна, то нет ничего удивительного в том, что через какое-то время людям удастся путешествовать между вселенными, летая через кротовые норы. Тем более, что недавно немецкий астрофизик Эрик Ленц придумал, как обойти скорость света, что также может помочь в путешествиях между вселенными.

В чем разница между кротовой норой и черной дырой

Кротовые норы родственны черным дырам, ведь тоже являются локализованными объектами с кривизной пространства и с сильной гравитацией. Но, в них нет ловушки — червоточины имеют не только вход, но и выход. Таким образом, все, что будет затянуто в черную дыру, в ней же и останется, а при попадании в кротовую нору можно пройти сквозь нее и вернуться обратно. Кротовая нора по форме напоминает туннель, заполненный материей с отрицательной плотностью, которая предотвращает самосхлапывание, а черная дыра — воронку.

Основная проблема путешествий во времени с помощью кротовых нор

Проблема заключается в возможности формирования временной петли. Например, если слетать через червоточину в прошлое и войти во взаимодействие, например, со своим дедушкой, то можно изменить будущее. Так, если внук из будущего убьет дедушку в прошлом раньше, чем этот дедушка станет отцом, то образуется катастрофическая «временная петля». Пока в физической теории нет механизма, запрещающего или до крайности затрудняющего образование подобных временных и событийных несостыковок.