Еще в фильме Интерстеллар в самом начале говорится о кротовых норах, будто люди будущего, чтоб спасти Землю, создали кротовую нору рядом с сатурном. А с помощью кротовых нор, то есть червоточин, можно перемещаться по различным местам вселенной, однако это лишь гипотеза.
И недавно вышла статья где ученые дают инструкцию по созданию червоточины, то есть кротовой норы.
Червоточины – это своеобразные туннели, ведущие из одной области пространства-времени в другую. Их существование допускается современной физикой, но подобные объекты ещё не обнаружены.
Самым первым мечтателем, а заодно и создателем идеи построить мост из одной точки Вселенной в другую, стал американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер. Именно Уилер придумал такое понятие, как «кротовая нора», которое со временем перешло во все языки мира.
И в апреле 2019 года на свет вышла статья, в которой Гарвардские физики говорят о том, что туннели в пространстве-времени, соединяющие два отдаленных места во вселенной, вполне могут существовать. Но вряд ли они пригодны для быстрых перемещений.
Дело в том, что, по современным представлениям, для поддержания червоточины нужна экзотическая материя, обладающая отрицательной энергией.
Дэниел Джафферис (Daniel Jafferis) из Гарвардского университета вместе с коллегами построил теоретическую модель кротовой норы, для существования которой не требуется столь необычных субстанций. Входом и выходом червоточины, по мысли авторов, являются две чёрные дыры, находящиеся в состоянии квантовой запутанности друг с другом.
Но стоит отметить, что быстрые путешествия через эти туннели невозможны, путь через такую червоточину займет больше времени, чем если бы мы двигались по прямой, безо всяких ухищрений.
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
Отметим, что науке пока не удалось согласовать между собой две крупнейшие физические теории XX века: общую теорию относительности (ОТО) и квантовую механику. Каждая из них 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 попытки применить две эти теории к одному и тому же объекту приводят к противоречивым результатам.
И так, раз уж мы затронули тему черных дыр, давайте разберем, какое отношение имеет червоточина к черной дыре.
Предположения о том, что черные дыры могут быть порталом в другие вселенные не ново. Об этом говорил британский физик-теоретик Стивен Хокинг, известный благодаря исследованию черных дыр. Предполагается, что при определенных обстоятельствах мы можем отправить сообщение через теоретически существующую червоточину, которая соединяет между собой черные дыры в разных вселенных.
Отметим, что Общая теория относительности (ОТО) допускает существование таких туннелей.
Однако, для того, чтобы червоточина являлась проходимой, нужны определенные условия.
Обязательным условием является то, что пространство-время должны иметь отрицательную кривизну. Кривизна пространства-времени это физическое явление, возникающее из-за расхождения или сближения траекторий свободно падающих тел. искривление пространства может быть положительным и отрицательным.
Благодаря предыдущим исследованиям, ученые узнали, что теоретическая передача информации через червоточины аналогична квантовой телепортации. Квантовая телепортация представляет собой способность передать свойства одной частицы другой.
Однако, в случае с кротовыми норами существуют ограничения в объемах передаваемой информации.
в июне 2019 года учеными из ЮАР была опубликована статья, в которой говорится о том, что через гипотетическую кротовую нору можно передать информацию, но очень маленькое количество, и то, в дальнейшем последствия будут разрушительными.
Обычно, если информация попадает в черную дыру, она достигает точки сингулярности и уже никогда не возвращается обратно. Но если одна черная дыра соединена с другой так называемой кротовой норой, и траектория сообщения выбрана правильно, информация, в теории, может войти с одной стороны и выйти с другой.
Физики из Ведущего университета Южной Африки использовали для изучения кротовых нор геометрию пространства-времени, описанную Эйнштейном в общей теории относительности. для упрощения Вычисления были сделаны для двумерной Вселенной, но будут верны и для трехмерной, как наша.
Результаты показали, что количество информации, которое можно передать через кротовую нору, составляет не более одного-двух квантовых битов. Для примера в квантовом компьютере наименьшей единицей информации является кубит, таким образом, вместо битов используются кубиты.
Также ученые отметили, что отправка сообщения изменит сами черные дыры: дыра-отправитель увеличится в массе, а дыра-получатель будет уменьшаться с каждым пакетом информации на 30%, пока не исчезнет совсем. Каждое последующее письмо будет меньше предыдущего.
А теперь вернемся к статье, о которой шла речь в самом начале.
Как мы узнали, проблемой червоточин является их экстремальная нестабильность.
Однако ученые нашли способ создания практически стабильной червоточины, которая схлопывается достаточно медленно, для того чтобы можно было успеть отправить через нее информацию или даже какой-нибудь предмет. Нам нужно будет несколько черных дыр и бесконечно длинные космические струны.
Для начала нужна сама червоточина, у которой должен быть вход и выход. Их функцию могут выполнять заряженные черные дыры. В таких дырах сингулярность черной дыры растягивается и искривляется, создавая проход к черной дыре с противоположным зарядом. Так появляется кротовая нора.
Однако, есть две проблемы: во-первых, эта червоточина все еще нестабильна. Во-вторых, две черные дыры с противоположным зарядом притянутся друг к другу из-за действия гравитационных и электрических сил и получится одна большая нейтрально заряженная и совершенно бесполезная черная дыра.
Потенциальное решение — космические струны, гипотетический реликтовый объект, напоминающий трещины в толще льда, только в нашем случае в пространстве и времени.
Если продеть струну в червоточину и протянуть концы в обе стороны до бесконечности, то натяжение в струне удержит две заряженные черные дыры от сближения.
Остается еще проблема нестабильности, чтобы ее решить, нужна еще одна струна, которую необходимо зациклить через обычное пространство между дырами. Космические струны замыкаются и начинают очень сильно вибрировать, создавая отрицательную массу внутри червоточины, тем самым, стабилизируя ее.
В статье команда физиков-теоретиков подробно описала каждый шаг этого плана. Конечно, у него есть и свои минусы. В частности, вибрации космических струн, которые делают червоточину стабильной, постепенно забирают энергию, а значит и массу струны, делая ее все тоньше и тоньше.
Но это лишь гипотеза, теоретическая математическая модель и не более.
Друзья, мы уже знаем, что будет очень много комментариев по поводу того, что это просто слова, теория без доказательств.
Действительно, это теория, которую в данный момент времени никто не может доказать, но это не говорит о том, что ей нет места в научном мире.
Мы лишь хотим просветить вас и рассказать об интересных исследованиях, которые проводили различные ученые.
Источники:
Статья с инструкцией по созданию стабильной кротовой норы: https://arxiv.org/abs/1908.03273
Информация о существовании туннелей в пространстве и времени: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190415090853.h...
Статья о количестве информации проходимой через кротовую нору: https://arxiv.org/abs/1906.10715
Доп. инфа:
https://www.livescience.com/building-a-wormhole-with-cosmic-...
https://hi-news.ru/space/kak-postroit-kosmicheskuyu-chervoto...
https://hightech.plus/2019/04/16/fiziki-dokazali-teoretiches...