Червоточины, или кротовые норы, в научной фантастике это уже как само собой разумеющееся. Космические корабли ныряют в них для того, чтобы добраться за несколько мгновений из одного конца галактики в другой, а не лететь сотни тысяч лет со скоростью света в обычном пространстве.
Существование таких туннелей в пространстве-времени все еще остается чисто гипотетическим. Но ученые давно задаются вопросом, могут ли червоточины, если они, конечно же, реальны, использоваться исследователями космоса.
В 2019 году физик из Гарварда Дэниел Джафферис пришел к выводу, что путешествии сквозь червоточины возможны. Но крайне опасны для человека, поскольку перемещение внутри кротовых нор сродни квантовой телепортации, только с непредсказуемым результатом. То есть, нет никакой гарантии, что в конечной точке путешествия кванты вашего тела будут собраны в нужном порядке.
Однако новое исследование показывает, что люди все-таки могут выжить в путешествии через такие космические туннели.
Международная группа под руководством доктора Хосе Луиса Бласкеса-Сальседо из Университета Ольденбурга представила теоретическую модель в научном журнале Physical Review Letters, которая увеличивает шансы на существование микроскопических червоточин по сравнению с предыдущими теориями.
Червоточины, как и черные дыры, появились в уравнениях общей теории относительности Альберта Эйнштейна, опубликованной в 1916 году. Важным постулатом теории Эйнштейна является то, что Вселенная имеет четыре измерения — три пространственных и время как четвертое измерение. Вместе они образуют то, что известно как пространство-время. Пространство-время может быть растянуто и искривлено массивными объектами, такими как звезды, подобно тому, как резиновая поверхность прогибается и вытягивается под металлическим шаром, погружающимся в него. Кривизна пространства-времени определяет то, как в нем движутся такие объекты, как космические корабли и планеты, а также свет.
“Теоретически пространство-время можно искривлять и деформировать без наличия массивных объектов”, — говорит Бласкес-Сальседо.
При таком сценарии червоточину можно будет сделать чрезвычайно искривленной областью в пространстве-времени, которая напоминает две взаимосвязанные воронки, соединяющие две удаленные точки в пространстве, как туннель. “С математической точки зрения такой короткий путь возможен. Но на практике пока никто и никогда не наблюдал настоящую кротовую нору” — объясняет физик.
Но есть одна проблема. Такая червоточина была бы нестабильной. Если бы, например, космический корабль влетел бы в один из таких тоннелей, он мгновенно рухнул бы в черную дыру. А черная дыра — это такой объект, в котором материя исчезает безвозвратно. И после исчезновения материи проход, обеспечивающий связь с другими местами во Вселенной, будет закрыт.
Предыдущие модели предполагают, что единственный способ сохранить червоточину открытой — это использовать экзотическую форму материи, которая имеет отрицательную массу или, другими словами, весит меньше нуля. Но такая материя существует только в теории.
Однако Бласкес-Сальседо и его коллеги смогли продемонстрировать на своей модели, что червоточины можно преодолевать и удерживать в состоянии стабильности без экзотических форм материи.
Исследователи выбрали сравнительно простой “полуклассический” подход. Они смогли объединить элементы теории относительности с элементами квантовой теории и классической теории электродинамики.
В своей модели ученые рассматривают элементарные частицы, такие как электроны в виде вещества, которое должно пройти через кротовую нору. В качестве математического описания они выбрали уравнение Дирака, формулу, которая описывает функцию плотности вероятности частицы как поле Дирака.
Как сообщают физики в своем исследовании, именно включение поля Дирака в их модель допускает существование червоточины, которую может пересечь материя, при условии, что соотношение между электрическим зарядом и массой червоточины превышает определенный предел.
Через крошечные туннели в пространстве-времени помимо материи смогут проходить также и электромагнитные волны, а значит, будет возможность поддерживать связь.
Но, к сожалению, постулированные командой микроскопические червоточины, вероятно, не подойдут для настоящих межзвездных путешествий. С космическими кораблями и экипажем. Более того, модель потребует длительного дальнейшего уточнения, чтобы выяснить, действительно ли могут существовать такие необычные структуры или это только игры разума.
Читайте также: Почему все больше физиков начинают считать пространство и время иллюзией?