В начале эпохи исследования черных дыр, когда они еще не имели своего нынешнего названия, физики не знали, могут ли подобные объекты действительно существовать. Кое-кто считал их лишь изюминкой в сложных математических уравнениях, описанных в общей теории относительности. Впоследствии, однако, выяснилось, что эти экстремальные объекты не только существуют во Вселенной, но и очень в ней распространены. Черная дыра, например, есть и в нашей галактике.
Сегодня физики дискутируют о другом невероятном предсказании теории относительности – кротовых норах, или туннелях, соединяющих разные точки пространства. Наблюдатель, который попал в такой тоннель, мог бы в ту же минуту выйти из нее в другом месте, которое гипотетически может быть даже на другой стороне Вселенной. Действительно ли такие объекты могут существовать?
Впервые теория кротовых нор появилась в 1935 году. Десятилетиями ученые рассуждали, что такие туннели в пространстве, вероятнее всего, не являются элементами реальности. Но недавнее исследование подтверждает что они все-таки могут существовать. Причем механизм их появления может быть проще, чем до сих пор считали.
Идея кротовой норы принадлежит Альберту Эйнштейну и его соавтору Натану Розену. Поверхность черной дыры, по их мнению, могла бы быть мостиком, который соединяет разные точки пространства. Если черную дыру представить себе как умывальник, то наблюдатель, который попадет в его слил, не исчезнет безвозвратно, а появится в таком же умывальнике, но с другой стороны.
Существуют, правда, две проблемы. Первой является их нестабильность, нужен какой-то внешний экзотический источник энергии, чтобы избежать нестабильности.
Вторая проблема заключается в том, что даже если бы такой источник существовал, в кротовую нору все равно не могли бы попадать макроскопические объекты. Процессы, которые могли бы их стабилизировать, до сих пор считали слишком далекими от привычной физики. Хотя большие кротовые норы является популярным сюжетом научной фантастики, ученые десятилетиями не имели идей о том, как такие объекты могли бы появляться даже на чисто теоретическом уровне.
Прорыв состоялся в конце 2017 г., когда физики Ринг Тао и Дэниел Джафферис, оба из Гарвардского университета, и их коллега Арон Уолл из Института передовых исследований Принстонского университета указали на способ, как кротовую нору можно открыть благодаря эффекту квантовой спутанности. Именно перепутанные квантовые состояния могут быть тем экзотическим ингредиентом, который нужен для стабилизации таких туннелей сквозь пространство. А поскольку явление спутанности является стандартной частью квантовой физики, то и кротовые норы, со своей стороны, тоже должны перейти из мира писателей-фантастов в мире физиков-теоретиков.
«Эта идея действительно блестящая», – считает Набел Икбал, физик из Даремского университета, который не участвовал в исследовании. Хотя благодаря этому явлению могут возникать только микроскопические кротовые норы, идея Тао и Джаффериса одинаково вдохновила целый ряд исследований.
Икбал и его коллега из Даремского университета Саймон Росс высказали идею о том, что турбулентности внутри магнитных полей черной дыры теоретически могли бы порождать стабильные кротовые норы. Правда, эти объекты все равно должны быть микроскопическими. Кроме того, Икбал и Росс считают маловероятным, что такие гипотетические процессы могут происходить в реальности.
Эти ученые, однако, указали на процесс формирования кротовых нор, который не требует компонентов, которые выходят за пределы стандартной физики. Хуан Мальсадена из Института передовых исследований в Принстоне, который в 2013 г. первым предложил связать кротовые норы с квантовой спутанностью, и его коллега Алексей Милехин высказали идею о том, что темная материя может вести себя таким образом, который гипотетически должен вести к появлению больших кротовых нор. Правда, пока ничто не указывает на то, что темная материя действительно имеет такие свойства. По словам Брианны Градо-Вайт, физика из Брандейского университета, «у ученых ограниченный инструментарий. С помощью этого инструментария они могут предусматривать не все, что угодно, а лишь отдельные вещи».
Хотя наука пока не подтверждает, но и не опровергает существование таких нор, исследования в этом направлении продолжаются. «Мы все больше убеждаемся, что благодаря эффекту спутанных квантовых состояний такие туннели в пространстве теоретически могут существовать. Ранее кротовые норы считали чистой фантастикой. Теперь, кажется, это не такая уж и фантастика», – резюмирует Градо-Вайт.
Борисов Иван.