Фантомы и химеры Вселенной. Выпуск 2: Кротовые норы
Кратчайший путь между двумя точками — не прямая.
Если пространство можно согнуть — а общая теория относительности говорит именно это — то два далёких места можно соединить напрямую. Туннель сквозь пространство-время. Войти здесь, выйти в другом конце Галактики. Или в другом времени.
Физика — почти.
Мост Эйнштейна и Розена
В 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен обнаружили в уравнениях ОТО кое-что неожиданное. Точное решение для чёрной дыры содержало не один объект, а два — соединённых туннелем. Чёрная дыра с одной стороны, белая с другой, горлышко между ними.
Это не было гипотезой. Это было прямым следствием математики, которой Эйнштейн доверял больше, чем интуиции.
Мост Эйнштейна–Розена — первая кротовая нора в истории физики. Но у неё был фатальный изъян: она нестабильна. Горлышко схлопывается быстрее, чем через него успевает пройти хоть что-нибудь — даже фотон. Войти можно, выйти нельзя. Это не туннель, а ловушка.
Полвека физики смотрели на мост Эйнштейна-Розена и пожимали плечами. Красиво, но бесполезно.
Торн открывает дверь
1988 год. Физик Кип Торн — тот самый, что придумал проходимую червоточину для машины времени, а потом сам показал механизм её уничтожения — опубликовал статью, изменившую разговор.
Торн спросил: а что если удержать горлышко открытым? Не дать ему схлопнуться?
Ответ математики оказался конкретным: для этого нужна экзотическая материя — вещество с отрицательной энергией плотности. Не антиматерия, не тёмная материя — нечто, давящее не внутрь, а наружу, распирающее туннель изнутри.
Такая материя не запрещена физикой — и это, честно говоря, одна из самых странных вещей в современной физике. Квантовый вакуум в некоторых конфигурациях действительно обладает отрицательной энергией. Эффект Казимира, измеренный в лаборатории: две металлические пластины, сближенные до нанометров, притягиваются сильнее, чем должны. Отрицательная энергия реальна.
Но её катастрофически мало. По расчётам Морриса и Торна, нора, достаточно широкая, чтобы пропустить человека, потребовала бы отрицательной энергии, сравнимой с массой Юпитера. Нора размером с атом — с массой горы.
У нас нет ни того, ни другого.
Почему мы не находим
Три версии — и ни одна не утешает.
Версия первая: квантовая нестабильность. Даже если нору удалось бы открыть, квантовые эффекты разрушат её почти мгновенно. Торн сам это показал: излучение, циркулирующее по петле через нору, нарастает катастрофически и взрывает горлышко раньше, чем что-либо успевает пройти.
Вторая. А что если они просто слишком малы? Квантовая пена пространства-времени на масштабе 10⁻³⁵ метра — возможно, это и есть кипящий бульон микроскопических нор, постоянно возникающих и схлопывающихся. Везде и всегда. Просто бесконечно малые, чтобы нам хоть как-то помочь.
Версия третья — и здесь физика становится по-настоящему странной. В 2013 году Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд выдвинули гипотезу ER=EPR: каждая квантово запутанная пара частиц соединена микроскопической кротовой норой. Запутанность — это и есть геометрия. Пространство соткано из нор. Просто не тех, через которые можно путешествовать.
Что если: нора в поясе астероидов
Допустим, одна всё-таки есть. Небольшой объект, несколько метров в диаметре. Гравитационное поле — слабое, почти незаметное. Но астероиды, которые в него влетают, исчезают. Не разрушаются, не отклоняются — просто пропадают.
Это вход в кротовую нору.
Второй вход — где-то ещё. Может, в соседней звёздной системе. Может, в другом времени. Мы не знаем.
На Земле поначалу ничего не меняется. Объект маленький, далёкий, безвредный на вид. Астрономы фиксируют аномальное поглощение — и не могут объяснить, куда девается вещество. Первые зонды, посланные на сближение, исчезают без сигнала.
Потом начинаются вопросы без ответов. Куда ведёт второй конец? Можно ли туда отправить человека? Стоит ли? Нора размером в несколько метров — это либо величайшее открытие в истории, либо билет в один конец. Понять, что именно, можно только войдя.
Входить — значит не знать, куда выйдешь. И выйдешь ли вообще: если нора нестабильна, она схлопнется с кем-то внутри. Если стабильна — второй конец может оказаться в открытом космосе, внутри звезды или за горизонтом другой галактики.
Главная угроза не в том, что нора опасна. А в том, что она непредсказуема.
И закрыть её тоже нельзя — мы не умеем управлять экзотической материей.
Кротовая нора требует горизонта с обеих сторон — точки, откуда нет возврата. Но что если горизонта нет вообще? Что если объект снаружи выглядит как чёрная дыра — а внутри устроен совсем иначе?
**********
В следующем выпуске — читайте про "голые" сингулярности.
**********
Я не учёный — просто люблю читать тех, кто им является. Все факты проверены по научным источникам, открытые вопросы названы открытыми. Нашли ошибку — пишите в комментарии, буду благодарен.
Пишу о вещах, после которых по-другому смотришь на мир вокруг. Если это ваше — кнопка подписки рядом.
**********
Источники:
- Einstein A., Rosen N. «The Particle Problem in the General Theory of Relativity», Physical Review, 48 (1935)
- Morris M.S., Thorne K.S. «Wormholes in spacetime and their use for interstellar travel», American Journal of Physics, 56 (1988)
- Ford L.H., Roman T.A. «Negative Energy, Wormholes and Warp Drive», Scientific American (2000)
- Maldacena J., Susskind L. «Cool horizons for entangled black holes», Fortschritte der Physik, 61 (2013)
**********
#кротовыеноры #пространствовремя #ОТО #физика #фантомыихимеры #квантоваягравитация #наука #научпоп #космос #астрофизика