Червоточины играют ключевую роль во многих научно-фантастических фильмах — зачастую как портал между двумя удаленными точками в космосе. Однако в физике эти туннели в пространстве-времени остались чисто гипотетическими объектами. Однако недавно ученые представили новую теоретическую модель, которая делает микроскопические червоточины более реальными, чем в предыдущих теориях.
Червоточины, как и черные дыры, появляются в уравнениях общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, опубликованной в 1916 году. Важным постулатом теории Эйнштейна является то, что у Вселенной есть четыре измерения: три пространственных и время как четвертое измерение. Вместе они образуют пространство-время, которое может быть растянуто и искривлено массивными объектами, например, звездами. Это похоже на то, как резиновый лист изгибается под металлическим шаром, погружающимся в него.
Кривизна пространства-времени определяет то, как в нем движутся такие объекты — космические корабли и планеты, а также свет. «Теоретически пространство-время можно искривлять и изгибать без массивных объектов», — объясняет Бласкес-Сальседо, один из авторов исследования. В этом сценарии червоточина будет чрезвычайно искривленной областью в пространстве-времени. Она напоминает две соединенные между собой воронки и соединяет две удаленные точки в пространстве, как туннель. «С математической точки зрения такой короткий путь был бы возможен, но никто никогда не наблюдал настоящую кротовую нору», — подчеркивает физик.
Более того, такая червоточина была бы нестабильной. Если, например, космический корабль влетит в одну из них, он мгновенно рухнет в черную дыру — объект, в котором исчезает материя, и его больше невозможно не увидеть. Связь, которую он обеспечит с другими местами во Вселенной, будет прервана. Предыдущие модели предполагают, что единственный способ сохранить червоточину открытой — это использовать экзотическую форму материи, которая имеет отрицательную массу или, другими словами, весит меньше нуля и существует только в теории. Тем не менее, Бласкес-Сальседо и его коллеги демонстрируют на модели, что червоточины можно преодолевать и без таких материалов.
Исследователи выбрали сравнительно простой «полуклассический» подход. Они объединили элементы ОТО с элементами квантовой теории и классической теории электродинамики. В своей модели они рассматривают определенные элементарные частицы — электроны и их электрический заряд — как материю, которая должна пройти через кротовую нору. В качестве математического описания они выбрали уравнение Дирака. Это формула, которая описывает функцию плотности вероятности частицы согласно квантовой теории и теории относительности как так называемое море Дирака.
Именно включение поля Дирака в их модель допускает существование кротовой норы, которую может пересечь материя. При условии, что соотношение между электрическим зарядом и массой кротовой норы превышает определенный предел. Помимо материи, сигналы — например, электромагнитные волны — также могут проходить через крошечные туннели в пространстве-времени. Постулированные командой микроскопические червоточины, похоже, не подходят для межзвездных путешествий. Более того, модель потребует дальнейшего уточнения, чтобы выяснить, действительно ли могут существовать такие необычные структуры. «Мы думаем, что червоточины могут существовать и в целостной модели», — заключает Бласкес-Сальседо.
Читать далее
Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?
Морские слизни отрезают себе голову, чтобы регенерировать новое тело