Как и черные дыры, червоточины возникают как действительные решения уравнений Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, и, как и черные дыры, фраза была придумана (в 1957 году) американским физиком Джоном Уилером. Также, как и черные дыры, их никогда не наблюдали напрямую, но они так легко возникают в теории, что некоторые физики склонны думать, что в конечном итоге могут быть найдены или созданы их реальные аналоги.
В 1916 году австрийский физик Людвиг Фламм, просматривая решение Карла Шварцшильда уравнения поля Эйнштейна, которое описывает особую форму черной дыры, известную как черная дыра Шварцшильда, заметил, что возможно и другое решение, описывающее явление, которое позже стало известно как «белая дыра». Белая дыра - это теоретическое обращение времени черной дыры и хотя черная дыра действует как вакуум, втягивая любую материю, которая пересекает горизонт событий, белая дыра действует как источник, выбрасывающий материю от своего горизонта событий. Некоторые даже предполагают, что на «другой стороне» всех черных дыр есть белая дыра, где вся материя, всасываемая черной дырой, выбрасывается в какую-то альтернативную вселенную и даже то, что мы считаем Большим взрывом, может на самом деле были результатом именно такого явления.
Фламм также заметил, что два решения, описывающие две разные области пространства-времени, могут быть математически связаны неким пространственно-временным каналом и что, по крайней мере теоретически, «вход» черной дыры и «выход» белой дыры могут находиться в совершенно разных частях одной вселенной или даже в разных вселенных! Сам Эйнштейн исследовал эти идеи в 1935 году вместе с Натаном Розеном, и они оба нашли решение, известное как мост Эйнштейна-Розена (также известный как червоточина Лоренца или червоточина Шварцшильда).
Чтобы лучше визуализировать червоточину, рассмотрим аналогию листа бумаги с двумя карандашными отметками, нарисованными на нем (для представления двух точек в пространстве-времени), линией между ними, показывающей расстояние от одной точки до другой в обычном пространстве-времени. Если теперь бумага согнута и сложена почти вдвое (эквивалент радикального искривления пространства-времени ), то прокол бумаги карандашом обеспечивает гораздо более короткий путь соединения двух точек, кратчайший путь через пространство-время, очень похожий на червоточину.
Некоторым теоретикам рекомендуется думать, что реальные аналоги могут быть в конечном итоге найдены или изготовлены и возможно, использованы в качестве туннеля или кратчайшего пути для высокоскоростных космических путешествий между удаленными точками или даже для путешествий во времени (со всеми потенциальными парадоксами, которые могут возникнуть). Однако общепризнанным свойством червоточин является то, что они по своей природе очень нестабильны и вероятно, разрушатся за гораздо более короткое время, чем потребуется, чтобы пройти на другую сторону. Во всяком случае, предсказано, что они мгновенно разрушатся, если через них попытается пройти даже мельчайшее количество материи (даже один фотон).
Хотя были предложены некоторые возможные теоретические способы решения этой проблемы (например, использование «космических струн» или «антиматерии», или какой-либо другой экзотической материи с «отрицательной энергией») для предотвращения закрытия червоточины, эта идея остается в основном в рамках теории. пока из области фантастики. Однако до сих пор математически не доказано вне всякого сомнения, что некая экзотическая материя с отрицательной плотностью энергии является абсолютным требованием для червоточин, а также не установлено, что такая экзотическая материя не может существовать, поэтому возможность практического применения теория остается.
Поскольку червоточины являются проводниками через четырехмерное пространство и время, а не только через пространство, Стивен Хокинг и другие также утверждали, что теоретически червоточины можно использовать для путешествий как во времени, так и в пространстве, хотя широко распространено мнение, что путешествие во времени в прошлое никогда не будет возможным из-за потенциальных парадоксов и саморазрушающих петель обратной связи.