Червоточини у просторі-часі можуть бути можливими, припускає нове дослідження

Можуть існувати реальні способи створення космічних мостів, передбачених загальною теорією відносності.

На початку досліджень чорних дір, ще до того, як вони навіть отримали таку назву, фізики ще не знали, чи існують ці чудні об’єкти в реальному світі. Вони могли б бути химерністю складної математики, яка використовувалася в тоді ще молодій загальній теорії відносності, що описує гравітацію. Проте з роками накопичувалися докази того, що чорні діри цілком реальні і існують навіть тут, у нашій галактиці.

Наразі інше дивне передбачення із загальної теорії відносності — червоточини, ці тунелі на інший бік Всесвіту, що так по-фантастичному звучать, — перебуває у тій самій невизначеності. Чи вони справжні? І якщо вони існують у нашому космосі, чи можуть люди сподіватися використовувати їх для пересування? Після передбачення їх існування у 1935 році, дослідження, здавалося б, вказували на те, що червоточини навряд чи є елементом реальності. Але нове дослідження пропонує натяки на те, як вони можуть виникнути, і процес може бути простішим, ніж фізики тривалий час вважали.

Початкова ідея щодо червоточин виникла у фізиків Альберта Ейнштейна та Натана Розена (*1). Вони вивчили дивні рівняння, які, як ми зараз знаємо, описують цю невідворотну кишеню простору, яку ми називаємо чорною дірою, і поставили питання: що вони насправді із себе представляють? Ейнштейн і Розен виявили, що, принаймні теоретично, поверхня чорної діри може працювати як міст, який з'єднується з другою ділянкою космосу. Подорож може бути такою, ніби ви спустились у злив вашої ванни, і замість того, щоб застрягти в трубах, ви вийшли в іншу ванну, таку саму, як і першу.

Подальша робота розширила цю ідею, але виявила дві стійкі проблеми, які перешкоджають утворенню легко помітних, придатних для використання червоточин: крихкість та крихітність. По-перше, як виявляється, в загальній теорії відносності гравітаційне притягання будь-якої нормальної матерії, що проходить через червоточину, діє так, що тунель закривається. Для створення стабільної червоточини потрібен якийсь додатковий, нетиповий інгредієнт, який діє таким чином, щоб утримувати отвір відкритим, який дослідники називають «екзотичною» матерією.

По-друге, процеси створення червоточини, які вчені досліджували, покладаються на ефекти, які можуть перешкодити входженню макроскопічного мандрівника. Проблема полягає в тому, що процес, що створює червоточину та екзотичну матерію, яка її стабілізує, не може занадто відходити від звичної фізики. «Екзотична» не означає, що фізики можуть придумувати будь-які речі, які будуть працювати лише на папері. Але поки що звична фізика давала лише мікроскопічні червоточини. Більша червоточина вимагає процесу або типу матерії, який водночас є незвичайним і правдоподібним.

Прорив стався наприкінці 2017 року, коли фізики Пінг Гао і Даніель Джафферіс з Гарвардського університету, а також Арон Уолл з Інституту перспективних досліджень в Принстоні виявили спосіб (*2) залишити червоточини відкритим за допомогою квантової заплутаності — свого роду зв'язку на великій відстані між квантовими сутностями. Своєрідна природа заплутаності дозволяє їй забезпечити екзотичний інгредієнт, необхідний для стабільності червоточини. І оскільки заплутаність є стандартною особливістю квантової фізики, створити її відносно просто. Хоча метод допомагає стабілізувати червоточини, він все ще може доставляти лише мікроскопічні речі. Але цей новий підхід надихнув на потік робіт, який використовує хитрощі із заплутаністю з різними видами матерії в надії на більші, триваліші червоточини.

Одна з простих для уявлення ідей є в препринті дослідження Набіла Ікбала та Саймона Росса з Даремського університету. Обидва спробували перевірити, чи зможуть вони змусити метод Гао-Джафферіса-Уолла створити велику червоточину. І їхня робота (*3) показала, як спеціальні збурення в магнітних полях, що оточують чорну діру, можуть теоретично створювати стабільні червоточини. На жаль, ефект все ще утворює лише мікроскопічні червоточини.

Новини за подібною темою:

		У нашій галактиці знайдено наймасивнішу чорну діру зоряної маси
		Астрономи виявили крихітну чорну діру, яка неодноразово пробиває газовий диск більшої чорної діри
		Надмасивні чорні діри ненадовго прокидаються з глибокого сну завдяки подрібненим ними зорям

Робота Ікбала та Росса висвітлює делікатну частину конструкції червоточини: пошук реалістичного процесу, який не вимагає чогось доданого, що виходить за межі звичної фізики. Фізик Хуан Мальдацена з Інституту перспективних досліджень, який ще в 2013 році запропонував зв'язок між червоточинами і заплутаністю, та його колега Олексій Мілехін з Принстонського університету знайшли метод (*4), який може створити великі червоточини. Виверт їхнього підходу полягає в тому, що таємнича темна матерія, яка наповнює наш Всесвіт, повинна поводитися певним чином, і ми можливо не живемо у всесвіті, схожому на такий (тобто, метод виходить за межі Стандартної моделі, але може працювати в моделі Рендалл-Сундрума, в якому світ описується в 5 вимірах).

Бум досліджень червоточини триває. Поки що ніщо на зразок виготовленої на замовлення червоточини розміром у людину не виглядає ймовірним, але результати справді показують прогрес.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

*1 https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.48.73

*2 https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP12(2017)151

*3 https://arxiv.org/abs/2103.01920

*4 https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.103.066007

• Чорні діри
• червоточина