Портали крізь Всесвіт. Фізик придумав і пояснив, як саме можуть існувати кротові нори
Наукпоп17 листопада 2021, 06:03
Що таке кротова нора?
Кротова нора — це спеціальне рішення рівнянь, що описують загальну теорію відносності Ейнштейна. Якщо спростити, то це «тунель», який може поєднувати різні частини простору-часу Всесвіту.
Тепер давайте трохи докладніше.
Червоточини або кротові нори є гіпотетичними об'єктами і скоріше вважаються вигадкою фантастів, ніж чимось реальним. Проте, вчені не хочуть відмовлятися від вивчення навіть таких об'єктів, адже, виявись вони реальними, то наше сприйняття космосу та його дослідження повністю зміниться. Той же Стівен Гокінг був впевнений, що червоточини можна буде використовувати не тільки, щоб опинитися в іншій частині Чумацького Шляху, але й для подорожей у часі.
Хоча першим до «червоточного» розв’язання рівнянь підібрався австрійський фізик Людвіг Фламм. Намагаючись математично вирішити проблему чорної діри, він включив у рівняння повну її протилежність — білу діру. Це ідентичні об'єкти, обидва мають сингулярності — точки, які ховаються всередині цих об'єктів, де працює фізика в тому вигляді, в якому ми її знаємо. Єдина різниця — якщо з чорної діри нічого не може вибратися, то в білу діру нічого не може зайти.
Теоретично це ідеальний «вхід» у кротову нору і «вихід» з неї, які можуть знаходитися в абсолютно різних місцях у космосі. Приблизно через 20 років Альберт Ейнштейн та Натан Розен перевірили цю гіпотезу, через що їхнє рішення і назвали «Мостом Ейнштейна-Розена».
То чому ж у нас досі немає цих космічних тунелів?
Передплатіть NV Преміум та читайте без обмежень
Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою
Існує проблема. Мало того, що ми досі не бачили жодних доказів існування білих дір, так і червоточина, створена з пари чорна-біла діра, була б практично марною через свою нестабільність. Навіть кинутий у кротову нору фотон привніс би в систему таку кількість енергії, що тунель розірвало б на частини.
Однак згодом вчені вигадали, як можна теоретично підтримувати кротову нору. На думку фізиків, у цьому має допомогти так звана екзотична матерія — її форма з негативною масою. Вона могла б чинити опір величезній гравітаційній силі, що змінює прохід.
Однак тут є вже дві проблеми: людство поки що не має подібної потужної матерії. Навіть саме її існування порушило б закон збереження імпульсу, згідно з яким імпульс повинен залишатися постійним, якщо не застосовується сила.
Ще одним варіантом може бути використання варп-двигуна, що викривляє простір-час. Ми писали про нещодавню роботу вчених, які довели потенційну можливість її створення навіть на основі фізичних принципів, відомих людству на сьогодні.
Нова теорія підтримки кротових нір
Французький фізик Паскаль Койран запропонував свою теорію того, як можна підтримувати стабільність червоточин. Зараз його стаття доступна в базі препринтів arXiv, а в майбутньому вона буде опублікована в журналі Journal of Modern Physics D.
Щоб її пояснити, астрофізик Пол Саттер у своїй статті для Live Science проводить аналогію з адресами та маршрутами.
Загальна теорія відносності подібна до машини — візьміть масу і розташування деяких частинок, а машина покаже, як ці частинки будуть поводитися під дією тяжіння. Все ґрунтується на русі — об'єкти «стартують» з точки А і переміщуються в точку Б.
І якщо точки А і Б незмінні, у фізиків є відразу кілька варіантів маршруту, які в науковому світі називають метриками, які являють собою різні варіанти розв’язання рівнянь Ейнштейна
Слухайте подкаст на цю тему
«Думайте про метрики як про різні способи опису того, як дістатися до будинку. Це можуть бути маршрути вулиць, широта та довгота за супутниковими даними або орієнтири, намальовані на серветці. Незалежно від того, що ви оберете, ви опинитеся в потрібному місці. Також фізики можуть використовувати різні метрики для опису тієї самої ситуації», — пояснює Саттер.
Зазвичай чорні діри та червоточини описують метрикою Шварцшильда. Однак це рішення і призводить до проблеми руйнування кротової нори через нестабільність горизонту подій — межі чорної діри, після якої матерія не може вибратися із чорної діри. У таких умовах матерія не може пройти крізь червоточину — вона залишається ув’язненою всередині неї, руйнуючи її.
Тому Койран використав координати Еддінгтона — Фінкельштейна, які дозволяють простежити за долею частинок, що потрапляють у кротову нору. Фізик виявив, що частка може перетнути обрій подій, увійти в тунель кротової нори і вийти з неї.
Це досі не означає наявність червоточин у Всесвіті, проте це відкриває можливість їхнього гіпотетичного стійкого існування. Розрахунки фізика показали, що насправді загальна теорія відносності не заперечує гіпотетичну ситуацію, в якій кротова нора справді може поєднувати дві різні точки в просторі-часі.