Кротовые норы Вселенной
Кротовая нора (червоточина) — это гипотетический космический «туннель». Он соединяет удаленные друг от друга точки пространства особым образом. Поэтому путешествие через червоточину может занять гораздо меньше времени, чем путешествие между этими же точками в нормальном пространстве. Концы червоточины в теории могут существовать в одной и той же Вселенной. Или же быть межвселенными (существовать в разных Вселенных и, таким образом, являться неким мостом между ними).
Возможность существования кротовых нор вытекает из решений некоторых уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Они весьма элегантно и логично возникают в рамках этой теории. И поэтому некоторые теоретики считают, что настоящие червоточины могут быть в конечном итоге найдены. Или изготовлены. И, возможно, использованы для быстрых космических путешествий или путешествий во времени. Но есть нюанс. Одно предполагаемое свойство червоточин заключается в том, что они чрезвычайно нестабильны. И, вероятно, мгновенно разрушатся, если даже небольшое количество вещества, вроде единичного фотона, попытается пройти сквозь них. Возможным способом решения этой проблемы является использование экзотической материи для предотвращения взрыва и исчезновения объекта.
Краткая история кротовых нор
Впервые гипотеза червоточин была озвучена в 1916 году. Это произошло вскоре после того, как Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности. Людвиг Фламм, малоизвестный австрийский физик, рассмотрел простейшее возможное решение уравнений поля Эйнштейна, известное как решение Шварцшильда (или метрика Шварцшильда). Оно описывает гравитационное поле вокруг сферически-симметричной невращающейся массы. Если масса достаточно компактна, решение описывает особую форму явления, которое теперь называется черной дырой.
Фламм понял, что уравнения Эйнштейна допускают второе решение, теперь известное как белая дыра. И что два решения, описывающие две разные области пространства-времени, были (математически) соединены пространственно-временным каналом. «Вход» черной дыры и «выход» белой дыры могут находиться в разных частях одной и той же Вселенной. Или в совершенно разных Вселенных.
В 1935 году Эйнштейн и Натан Розен продолжили исследование. Они оценивали теорию связей внутри или между Вселенными в статье, целью которой была попытка объяснить свойства фундаментальных частиц с точки зрения пространства-времени. В ход этой работы появился термин «мост Эйнштейна-Розена». Впоследствии физик Джон Уилер назвал его «червоточиной». (Уилер также ввел термины «черная дыра» и «квантовая пена».) В статье Уилера 1955 года рассматриваются червоточины в терминах топологических объектов. И, между прочим, именно в этой работе была представлена первая (теперь всем знакомая) схема червоточины в виде туннеля, соединяющего два отверстия в разных областях пространства-времени.
Проходимые червоточины
Интерес к так называемым проходимым червоточинам усилился после публикации в 1987 году интересной статьи. Ее авторами были Майкл Моррис, Кип Торн и Ульви Юртсевер (MTY) из Калифорнийского технологического института. Эта статья возникла после запроса к Торну Карла Сагана, который обдумывал способ перемещения героини своего романа «Контакт» на межзвездные расстояния со сверхсветовой скоростью. Торн передал рассмотрение проблемы студентам, Майклу Моррису и Ульви Юртсеверу. Они рассчитали, что такое путешествие в принципе могло бы быть возможным. Нужно лишь чтобы червоточина оставалась открытой достаточно долго, чтобы через нее мог пройти космический корабль. Или любой другой объект. Группа MTY пришла к выводу, что для сохранения открытой червоточины потребуется вещество с отрицательной плотностью энергии. И большим отрицательным давлением — большим по величине, чем плотность энергии. Такая гипотетическая материя называется экзотической материей.
Звездный мост
Наши современные технологии не позволяют нам строить подобные объекты. Поэтому возникает вопрос — а могут ли они уже существовать где-то во Вселенной? Могли ли продвинутые цивилизации в других местах Галактики или за ее пределами создать сеть червоточин, которые мы могли бы научиться использовать?
И еще один вопрос. Могут ли червоточины возникать естественным путем? Ученые Дэвид Хохберг и Томас Кефарт из Университета Вандебильта установили интересный факт. Их расчеты показали, что в самые первые моменты существования Вселенной гравитация могла породить области отрицательной энергии. В них могли образоваться естественные самостабилизирующиеся червоточины. Такие червоточины, созданные в результате Большого взрыва, могут и существовать сегодня. Это может быть целая транспортная сеть, охватывающая огромные расстояния космоса.
И если это так, нам нужно будет лишь найти вход в эти ворота…
Источник
# чтиво | Что такое «кротовая нора»?
Гипотетическая «кротовая нора», которую называют еще «кротовиной» или «червоточиной» (дословный перевод wormhole) представляет из себя некий пространственно-временной туннель, который позволяет переместиться объекту из пункта А в пункт Б во Вселенной не по прямой, а огибая пространство. Если проще, то возьмите любой листок бумаги, сложите его пополам и проткните, полученная дырка и будет той самой кротовой норой. Так вот есть теория, что пространство во Вселенной может быть условно таким же листом бумаги, только с поправкой на третье измерение. Различные ученые выводят гипотезы, что благодаря кротовым норам возможно путешествие в пространстве-времени. Но при этом никто не знает, какие именно опасности могут представлять червоточины и что на самом деле может находиться по ту сторону от них.
Теория кротовых нор
В 1935 году физики Альберт Эйнштейн и Натан Розен, используя общую теорию относительности, предположили, что во Вселенной существуют специальные «мосты» через пространство-время. Эти пути, которые назвали мостами Эйнштейна-Розена (или червоточинами), соединяют две совершенно разные точки в пространстве-времени путем теоретического создания искривления пространства, которое сокращает путешествие из одной точки в другую.
Опять же гипотетически любая кротовая нора состоит из двух входов и горловины (то есть того самого туннеля). При этом, скорее всего, входы у кротовой норы представляют сфероидальную форму, а горловина может представлять как прямой отрезок пространства, так и спиральный.
Общая теория относительности математически доказывает вероятность существования кротовых нор, но до сих пор ни одна из них не была обнаружена человеком. Сложность ее обнаружения заключается в том, что предполагаемая огромная масса кротовых нор и гравитационные эффекты просто поглощают свет и не дают ему отразиться.
Несколько гипотез, построенных на базе общей теории относительности, предполагают существование кротовых нор, где роли входа и выхода играют черные дыры. Но стоит учесть, что появление самих черных дыр, образующихся от взрыва погибающих звезд, никоим образом не создает кротовую нору.
Путешествие сквозь кротовую нору
В научной фантастике нередко встречается, что главные герои путешествуют сквозь кротовые норы. Но в реальности такое путешествие далеко не такое простое, как это показывают в фильмах и рассказывают в фантастической литературе.
Первая проблема, которая окажется на пути возможности таких путешествий, это размер кротовых нор. Считается, что самые первые кротовые норы были очень маленького размера, порядка 10-33 сантиметров, но за счет расширения Вселенной появилась вероятность того, что вместе с ней расширялись и увеличивались и сами червоточины. Другой проблемой, связанной с червоточинами, является их стабильность. А точнее, нестабильность.
Объясняемые теорией Эйнштейна-Розена кротовые норы будут бесполезны для пространственно-временных путешествий, потому что они очень быстро коллапсируют (закрываются). Но более свежие исследования этих вопросов подразумевают наличие «экзотической материи», которая позволяет норам сохранять свою структуру на более продолжительный промежуток времени.
Эта экзотическая материя, которую не следует путать с черной материей и антиматерией, состоит из энергии отрицательной плотности и колоссального отрицательного давления. Упоминание такой материи присутствует лишь в некоторых теориях вакуума в рамках квантовой теории поля.
И все же теоретическая наука считает, что если кротовые норы будут содержать достаточное количество этой экзотической энергии, которая либо появилась натуральным образом, либо появится искусственным образом, то возникнет возможность передачи информации или даже объектов через пространство-время.
Те же гипотезы предполагают, что кротовые норы могут соединять не только две точки в рамках одной вселенной, но и являться входом в другие. Некоторые ученые считают, что если переместить определенным образом один вход червоточины, то появится возможность путешествия во времени. Но, например, знаменитый британский космолог Стивен Хокинг считает, что такое использование червоточин невозможно.
Тем не менее некоторые научные умы настаивают, что если стабилизация кротовых нор за счет экзотической материи будет действительно возможна, то появится и возможность для безопасного путешествия людей сквозь такие кротовые норы. А за счет «обычной» материи, при желании и необходимости, такие порталы можно будет обратно дестабилизировать.
К сожалению, сегодняшних технологий человечества недостаточно для того, чтобы кротовые норы можно было искусственно увеличивать и стабилизировать, на тот случай, если они все-таки будут обнаружены. Но ученые продолжают исследовать концепции и методы для быстрых космических путешествий и, возможно, однажды наука придет к правильному решению.
Источник
Кротовые норы — лёгкий способ путешествовать по космосу!
Тема космоса является одной из самых неизученных областей человеческой жизни. У ученых всегда возникает много вопросов, решить которые пока что трудно или вообще не представляется возможным. Кротовые норы или кротовины – одна из таких задач.
Простые обыватели знакомы с этим явлением благодаря фильмам «Звездный путь» и «Интерстеллар», где они изображаются средством для быстрого перемещения по космическому пространству. Для одних ученых это не более, чем фантазия; другие же считают кротовины опасной ловушкой. Пытаемся разобраться, кто же из них прав.
Что такое кротовые норы и возможно ли их существование?
Еще в 1916 году Эйнштейн высказал первое предположение о существовании подобных явлений в космосе. Согласно исследованиям великого физика, кротовина (ее еще называют червоточина) — это способ пронзания времени и пространства таким образом, что возможно объединить две отдельных точки в космосе вместе , мгновенно переместившись из одной в другую, оказавшись за миллиарды световых лет от места старта.
Более того, согласно утверждению Эйнштейна , любая чёрная дыра — это кротовая нора. Подобного мнения придерживается ученый и исследователь Пабло Буэно. По его мнению , можно соотнести понятие червоточины и черной дыры. Его группе удалось зафиксировать гравитационные волны, исходящие от дыр, которые могут быть неправильно понятыми видами кротовых нор. И если ученым удастся поймать эхо в этих сигналах, это будет означать, что можно будет смело отменять существование черных дыр.
Буэно также считает, что так как у кротовых нор отсутствует горизонт событий, то они представляют собой пространственно-временной коридор, по которому действительно можно спокойно перемещаться, в конце концов попав в абсолютно другую Вселенную. Что такое горизонт событий? Для примера можно представить вид из окна многоэтажки, где не видно происходящее вне горизонта. Следовательно, оказавшись в черной дыре, невозможно рассмотреть, что творится внутри ее границ.
Сложности с доказательством существования червоточин
Но в исследованиях о кротовых норах достаточно противоречий, ставящие предположение Буэно под вопрос. Во-первых, согласно теории относительности, можно допустить появление таких тоннелей, однако стопроцентного подтверждения у ученых найти до сих пор не получилось.
Не так давно русские физики выявили некие намеки на них, но доказать их существование пока что не представляется возможным. Если же это произойдет, несомненно, это будет колоссальный прорыв. Однако они предположили, что полностью функционировать кротовина сможет только при наличии в ней галактического ветра и заряженных частиц, которые превратят ее в своеобразный ускоритель.
Во-вторых, многие ученые выделяют факт отсутствия того самого горизонта событий. А это может пагубно сказаться на тех объектах, которые оказываются внутри черной дыры, поскольку ориентироваться в ее пространстве сразу становится невозможно. Можно сказать, что черная дыра – воронка, которая будет просто затягивать что-то внутрь себя, как бы поглощая. Возникает вопрос: а где в черной дыре располагается та самая кротовина? Она может находиться на любом участке воронки, в которой крутится объект, только ее выходы обращены наружу.
Этот самый выход ученые предположительно называют белой дырой , то есть противоположным концом коридора червоточины. Но вот выйти с ее помощью практически не представляется возможным, поскольку не слишком понятно, каким образом в нее попасть. По результатам различных экспериментов ученые пришли к выводу, что выход этот непостоянен. Нора может запросто исчезнуть или образовать новую черную дыру, тем самым загнав объект в ловушку.
Поэтому, скорее всего при попадании в черную дыру, выбраться оттуда скорее всего не получится. Из-за отсутствия горизонта событий, объект просто потеряется в ее пространстве. Ему остается только подчиниться и лететь в сторону сингулярности, которая может оказаться белой дырой. Но поскольку это маловероятно, пытаться провернуть такие путешествия астронавтам противопоказано.
Поэтому, можно придерживаться мнения, что кротовые норы, как средство передвижения из одной точки Вселенной в другую, существуют. Но способ этот представляет собой большую опасность, риск велик, а шансы на успех ничтожно малы.
Источник
До встречи через 10 тысяч лет. Астрофизики раскрыли секрет кротовых нор
До сих пор возможные с точки зрения науки червоточины считали либо слишком маленькими, либо слишком ненадёжными. Теперь есть вариант стабильного тоннеля, в котором поместится космический корабль.
Однажды в 141-м веке журналист на Ганимеде вышел на прямую связь со своим шефом с Марса и предложил написать статью на очень интересную тему: учёные якобы доказали, что Земля когда-то была обитаемой. Что на ней были океаны. Что многочисленные каналы, которыми испещрена поверхность, — это русла рек. «Нет, — отрезал шеф, — это уже избито». И тогда репортёр достал из-за пазухи запасной вариант: в двойной звёздной системе созвездия Стрельца разглядели странный объект в виде сферы — по версии некоторых исследователей, искусственного происхождения. Более того, они не исключают, что это сфера Дайсона, построенная потомками тех самых людей, которые провалились в кротовую нору 12 тысяч лет назад. Построенная не столько для того, чтобы эффективно собирать тусклый свет красного карлика, сколько в надежде, что их всё-таки заметят астрономы далёкой Солнечной системы в 10 тысячах световых лет.
Как вам сюжет? Примерно такую картину рождают в воображении результаты недавнего исследования учёных из Принстона (США). Астрофизики Хуан Малдасена и Алексей Милехин доказали возможность создания в космосе кротовой норы (она же червоточина) довольно приличных размеров, достаточных для космического корабля. И дверь в этот тоннель, как вы наверняка подозреваете, не что иное, как чёрная дыра. По расчётам учёных, в неё можно пролететь, и это будет фантастическим путешествием не только в пространстве, но и во времени: в одно мгновение экипаж звездолёта переместится, к примеру, в туманность Ориона, но по нашим земным меркам это путешествие продлится тысячи лет.
Итак, чёрная дыра. Во многих случаях это финал жизненного пути довольно большой звезды. Она должна быть раз в тридцать массивнее нашего солнышка. Когда в таких мощных ядерных реакторах заканчивается топливо, они ярко вспыхивают — сбрасывают с себя «шубу», которую носили миллионы и миллионы лет. Она разлетается по космическому пространству, и это очень красиво. А посреди всего этого остаётся плотное оголённое ядро, для которого существует два варианта — в зависимости от массы: превратиться в нейтронную звезду либо в чёрную дыру.
К примеру, вы, наверное, слышали, что все добропорядочные граждане ежевечерне с волнением взирают на одну определённую звезду в созвездии Ориона — на ту, которая вверху слева. Бетельгейзе. Она раздулась неимоверно, на языке астрофизики это называется красный сверхгигант. А это верный признак надвигающегося торжественного события. Так вот, её сердцевина, по мнению учёных, вряд ли схлопнется в чёрную дыру — 17 масс Солнца для этого маловато. Она, скорее всего, станет пульсаром, нейтронной звездой, которая будет испускать свои повторяющиеся радиосигналы, которые мы после их открытия с непривычки едва не приняли за послания от инопланетян.
А вот, к примеру, где-нибудь в Чили на ночном небе можно найти созвездие Золотой Рыбы. Где-то среди его звёзд есть Большое Магелланово облако, а в нём прячется звезда раз в триста тяжелее Солнца. Вот это да. Подходит для будущей чёрной дыры. Хорошо, что она находится в 165 тысячах световых лет от нас. Но многие уже существующие чёрные дыры учёные находят гораздо ближе. А в центре нашей собственной галактики Млечный Путь (26 тысяч световых лет отсюда) находится сверхмассивная чёрная дыра — четыре миллиона масс Солнца. Это не братская звёздная могила. Есть несколько версий: либо изначально схлопнулась одна пожилая звезда и стала поглощать всё, что вокруг (а в галактическом центре плотность населения крайне высокая), либо звёзды и газовые облака в такой толкотне просто слиплись и под давлением собственной массы сколлапсировали.
Мы не знаем, что там внутри. Поэтому «поверхность» чёрной дыры и называют горизонтом событий. Зато благодаря Эйнштейну мы знаем, что любая масса во Вселенной как бы скручивает ткань пространства-времени. И наша планета тоже его скручивает. И Марс. И Солнце. Что тяжелее, то и скручивает сильнее.
А если у чёрной дыры такая масса, что её притяжение даже свет не выпускает, логично допустить, что и искривление пространства-времени там соответствующее. Отсюда и предположение, что это вход в тоннель, который мигом приведёт не только куда-нибудь в туманность Тарантула, но и ещё подальше. Вообще в другую Вселенную, например.
Дыра в Стрельце. Учёные решили заглянуть в кротовую нору
Но есть одна проблема. Туда попасть просто так не получится. Во-первых, лучше даже не приближаться, потому что гравитация, мягко говоря, мало что от нас оставит. Во-вторых, даже если бы и удалось каким-то образом добраться до самого горизонта событий, таинственный портал немедленно закроется перед нашим носом. Чтобы всего этого не случилось, нужно нечто противоположное гравитации и вообще всему, чему мы должны были учиться в школе. А именно антигравитация. Сила, которая отталкивает. Таким свойством должно обладать вещество, которого никто не видел и существования которого никто пока не доказал.
Оно называется экзотической материей. У неё всё наоборот. Например, кусок такой материи может весить минус три килограмма. А два куска по минус три килограмма не притягиваются друг к другу, а улетают друг от друга. И давление у неё тоже отрицательное. Между прочим, последнее действительно существует: лет 90 назад физик Хендрик Казимир зафиксировал это явление в своей лаборатории, теперь его называют эффектом Казимира.
Так вот, если бы это отрицательное экзотическое вещество окружило вход в кротовую нору, этот вход не закрывался бы. Конечно, пришлось бы как-то преодолевать чудовищные приливные силы, но с этим уж как-нибудь справимся, раз смогли решить такую невероятную задачу.
Настоящий «Звёздный путь». Варп-двигатель «Энтерпрайза» с точки зрения физики
Вопрос: где же её взять, такую материю? Так вот, вышеназванные Хуан Малдасена и Алексей Милехин полагают, что, в принципе, её свойств можно было бы добиться от частичек, которые называются безмассовыми фермионами. То есть они действительно вообще ничего не весят. Совсем. Как фотоны. И благодаря своей невыразимой лёгкости летают со скоростью света. Между прочим, такие фермионы долгое время тоже считали лишь теоретически возможными, а вот, представьте себе, в 2015 году их нашли.
Теперь вот ещё что. Надо сказать, что авторы этой научной работы придерживаются той версии, что измерений на самом деле пять. То есть сейчас мы с вами понимаем наличие, грубо говоря, длины, ширины, высоты и времени. Но это ещё не всё. Есть, согласно этой теории, ещё одно измерение, и через него-то и ведёт кротовая нора. А что, вполне имеет право на существование, потому что чем ещё объяснить сверхспособности квантовых частиц в вакууме — почему они внезапно исчезают куда-то, внезапно появляются откуда-то? Куда, откуда? А как они сквозь препятствия проходят? Не иначе как сквозь пятое измерение ныряют и выныривают.
Так вот, Малдасена и Милехин рассчитали, что через чёрную дыру так же нырять и благополучно выныривать могут вышеназванные ничего не весящие фермионы.
Не так давно выяснилось, что у чёрных дыр имеются магнитные поля. По крайней мере, вещества вокруг вращающихся светящихся дисков точно есть. И, по расчётам астрофизиков, линии магнитного поля чёрной дыры идут следующим образом: заходят прямо туда, внутрь, то есть в чёрную дыру, и выходят «с другой стороны», то есть из дыры в другой части Вселенной! Более того, эти линии затем преспокойно возвращаются к месту «старта», то есть получается замкнутый круг.
Очень удобно, особенно если запустить к чёрной дыре те удивительные фермионы: они будут двигаться вдоль этих линий магнитного поля, по кругу, в вечной карусели. Правда, получается, что их возвращения «оттуда» будем ждать, как ждут обещанного: всё-таки даже свету нужно какое-то время, чтобы долететь из точки А в точку Б. Но всё-таки выходит так, что эти частички проваливаются в кротовину, а благодаря своей безмассовости создают отрицательную энергию внутри неё. И таким образом бурят внутри червоточины свой собственный стабильный тоннель, в котором мы, собственно, вполне можем уместиться всей командой.
Итого нам понадобится:
— чёрная дыра с сильным магнитным полем;
За секунду такого путешествия мы преодолеем 10 тысяч световых лет, а на Земле за это время пройдёт 10 тысяч лет.
Источник