space

Проходные червоточины возможны при определенных условиях гравитации

Заинтересованы в перемещении через червоточину, совершенный чит-код в пространстве и времени? Возможно, вы хотите, не вспотев, переместиться от звездной системы к звездной системе по всей вселенной?

Но сначала вам лучше убедиться, что ваша червоточина проходима. «Любой путешественник, пытающийся пересечь червоточину, которая этого не удовлетворяет, будет раздавлено изнутри, когда туннель обрушится», — сказал Жоао Роса, физик из университета Авейру в Португалии.

Роза пытается виртуально «построить» стабильную проходимую червоточину, которую можно безопасно пересечь без обрушения теоретического прохода или захвата его обитателя. И недавно он обнаружил, что это действительно возможно, но только если мы изменим наше понимание гравитации.

Проблема проходимости

Червоточины обманчиво легко построить — на бумаге. Вы начинаете с теории гравитации. В общей теории относительности Эйнштейна гравитация определяет отношения между материей и энергией, пространством и временем. Уловка для создания кротовой норы состоит в том, чтобы найти такую ​​конфигурацию материи и энергии, которая позволит вам сформировать туннель — обычно называемый «горлом» в исследованиях кротовой норы — соединяющий две удаленные точки в космосе.

В принципе, это горло может быть сколь угодно длинным или коротким, но более интересные червоточины возникают, когда горло намного короче обычного расстояния между двумя точками, что делает червоточину удобным ярлыком. Да, и кротовые норы также могут действовать как машины времени, отправляя вас в будущее или прошлое, в зависимости от того, как они построены.

Идея такого причудливого ярлыка десятилетиями захватывала воображение ученых и писателей-фантастов. «Возможность посетить другие звезды (или даже другие галактики), возможно, найти инопланетные цивилизации, а также возможность вернуться в прошлое или не ждать будущего долгое время были частью человеческого воображения и фантазии, а также червоточинами предоставить (относительно) простое и унифицированное решение для обеих этих проблем », — сказала Роза.

Но кротовые норы, построенные на основе критериев, установленных общей теорией относительности, страдают от серьезной проблемы: они фактически не проходимы. Входы в червоточины общей теории относительности скрыты за горизонтами событий, которые являются односторонними барьерами в космосе.

Это означает, что если вы войдете в червоточину, вы никогда не сможете уйти, что приведет к поражению цели. Другая проблема в том, что они до смешного нестабильны. В тот момент, когда даже одиночный фотон или легкая частица попадает в горло, вся червоточина катастрофически разрушается, прежде чем этот пакет света успевает уйти.

Новая гравитация

Чтобы решить эти проблемы в общей теории относительности и стабилизировать червоточину, космический путешественник должен вылепить червоточину из невероятно экзотического ингредиента — формы материи, имеющей отрицательную энергию или отрицательную массу.

Отрицательная масса (также известная как экзотическая материя) — это именно то, на что это похоже: если что-то весит отрицательные 10 фунтов, это будет иметь отрицательную массу. Ученые не наблюдали отрицательной массы нигде во Вселенной.

Отрицательная энергия немного более достижима, что является просто условием, когда энергия в определенном месте отрицательна по сравнению с окружающей средой, но это может быть достигнуто только в микроскопических квантовых масштабах.

«Присутствие этого вещества важно, поскольку оно предотвращает обрушение червоточины на путешественника, но это также проблематично», — объяснила Роза. «Оно представляет собой отрицательную среднюю плотность энергии, чрезвычайно редкую характеристику материи во Вселенной, которая наблюдается только в очень специфических ситуациях на квантовом уровне».

Поскольку такая материя настолько редка, создание целой кротовой норы из экзотической материи в нашей Вселенной кажется невозможным. Но все эти разговоры о червоточинах основываются на общей теории относительности.

И хотя эта теория гравитации выдержала все наблюдательные и экспериментальные проверки, брошенные ей за последнее столетие, мы знаем, что общая теория относительности — не последнее слово о гравитации.

Относительность неспособна описать центры черных дыр, самые ранние моменты существования Вселенной и связь между собой и квантовой физикой. Так что, возможно, новая, улучшенная теория гравитации позволит существовать червоточинам.

Совершая поездку

Это именно то, что Роза исследовала в новой статье, опубликованной 29 июля в препринте журнала arXiv, а это означает, что исследование еще не было рассмотрено коллегами в этой области. Роза использовала измененную форму гравитации, называемую обобщенной гибридной гравитацией метрики и Палатини.

Эта теория гравитации основана на общей теории относительности, но допускает большую гибкость в отношениях между материей и энергией, а также пространством и временем. Более ранние исследования показали, что проходимые червоточины могут быть возможны в этой модифицированной теории гравитации, но они по-прежнему требуют отрицательной энергии вне горла червоточины.

Роза обнаружила, что, наслоив входы в червоточины двойными тонкими оболочками из обычного вещества, червоточину можно пройти без какой-либо отрицательной энергии.

«Что происходит, так это то, что эти гравитационные эффекты, необходимые для обеспечения проходимости червоточины, возникают естественным образом, если кто-то модифицирует гравитацию, и экзотическая материя [материя с отрицательной массой] больше не нужна для этой цели», — объяснила Роза.

Что дальше? Роза хочет проверить эту конкретную теорию модифицированной гравитации. «Это всего лишь очень маленький шаг к конечной цели: теперь нужно использовать экспериментальные данные и наблюдения (например, гравитационные волны и траектории звезд около центра Млечного Пути), чтобы проверить и (надеюсь) подтвердить справедливость этих теорий, «Написала Роза.

Хотя общая теория относительности до сих пор объяснила все измерения гравитации (включая гравитационные волны и близость черных дыр), на этом история не закончена. Будущие наблюдения могут найти трещину в этой почтенной теории, и если обобщенная гибридная метрика и гравитация Палатини лучше объяснит космические наблюдения, тогда могут появиться червоточины, созданные для путешествий.

Но на этом вопросы не закончились. Червоточины также могут действовать как машины времени, поэтому жизнеспособное решение червоточины будет означать, что путешествие во времени в прошлое возможно; это, конечно, порождает всевозможные сложные проблемы (вроде так называемого «дедовского парадокса» и вопросов о причинно-следственной связи).

Точное знание того, что проходимые червоточины могут существовать, не только осуществит наши научно-фантастические мечты, но и полностью перевернет наше понимание физики.

Поделиться с друзьями: