Можно ли путешествовать в пространстве и времени сквозь червоточины
Представьте себе, что где-то во Вселенной могут существовать туннели, позволяющие значительно сократить время на путешествие в космическом пространстве. Одна поездка и вы в короткие сроки преодолеете сотни, а то и миллиарды световых лет. Звучит неплохо, но возможно ли подобное в реальности?
Кротовые норы
Сегодня поговорим о червоточинах. Скорее всего, вы слышали о них под названием «кротовые норы». Речь идет о топологической особенности в пространстве и времени, формирующей своеобразный туннель. Он может связывать между собою разные части единого искривленного пространства или же стать единственными мостом между двумя разными пространствами (другие вселенные, измерения и т.д.).
Важно понимать, что это эта особенность существует лишь в гипотезе и наличие червоточин пока не удается доказать экспериментально или в наблюдениях. Само понятие возникло еще в общей теории относительности. Впервые о кротовых норах заговорили в 1916 году (в период теоретизирования белых дыр), а в 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен развили идею.
Анатомия червоточины
Несмотря на то, что это гипотетический объект, исследователи детально разработали его «анатомию». У червоточины есть два «рта». Это сферические отверстия, служащие входом и выходом для путешественника. Между ними протянуто «горло», а именно наш туннель, соединяющий две части космического пространства.
Эйнштейну удалось доказать существование червоточин, но лишь в математических расчетах. Модели показывают, что сам туннель должен быть наполнен экзотической материей, чья плотность энергии будет обладать отрицательным показателем. Только такие условия позволят кротовой норе быть функциональной, так как сформирует мощное гравитационное отталкивание, и помогут не сжаться.
Общая теория относительности допускает присутствие таких туннелей. Полагают, что рот может быть представлен черной дырой. Однако это должна быть необычная черная дыра. Не думайте, что каждый коллапс умирающей звезды создаст будущую червоточину.
Можно ли путешествовать сквозь червоточины?
Стивен Хокинг был убежден, что человек не сможет использовать червоточины из-за их нестабильности.
В научной фантастике обожают использовать червоточины, потому что они позволяют быстро преодолевать огромные дистанции или путешествовать в другие Вселенные/измерения. Однако в реальности воспользоваться кротовой норой намного сложнее, чем мы думаем.
Прежде всего, существует проблема размера. Исследователи считают, что первичные кротовые норы представлены на микроскопических уровнях, где их параметры не превышают около 30 см. Такие туннели будет сложно найти, да и космический корабль не поместится. Однако есть предположение, что расширение Вселенной должно было вызвать растягивание червоточин.
Сложно определить, насколько стабильной будет конкретная червоточина. В теории они делятся на проходимые и непроходимые. Последние (вроде моста Эйнштейна-Розена) слишком быстро разрушаются. Потребуется добавление определенного количества экзотической материи, чтобы кротовая нора стабилизировалась и долгое время оставалась открытой.
Есть также подозрение, что добавление обычной материи (корабль, люди и т.д.) приведет к разрушению или сжатию туннеля. Однако исследователи не бросают попыток изучить эту тему, потому что кротовые норы способны стать полезным инструментом для изучения Вселенной.
Стивен Хокинг был убежден, что человек не сможет использовать червоточины из-за их нестабильности. Однако некоторые ученые считают, что при определенных знаниях такими туннелями можно управлять. Более того, кротовые норы могут соединять не только области пространства-времени или две Вселенные, но и стать своеобразной машиной времени.
Постскриптум
Пока червоточины существуют только в гипотезах и мечтах фантастов. Но, возможно, однажды первая группа людей рискнет посмотреть, насколько глубокой окажется кротовая нора.
Источник
Ученые придумали, как найти червоточину в космосе. Но насколько это опасно?
Главной проблемой для освоения космоса никогда не было наше воображение или даже наша способность придумывать новые технологии, позволяющие совершать космические полеты, а огромные пространства в космосе. Космическому аппарату «Новые горизонты» потребовалось 9,5 лет, чтобы добраться до Плутона, который всего лишь находится в нашей Солнечной системе. До ближайшей звезды (после нашего Солнца) — более 42 трлн км. Было бы удобно, если бы вселенная «предоставила» нам особые порталы, которые могут помочь сократить наш путь до своих интригующих и неизученных объектов. Например, червоточины или кротовые норы. Недавно группа исследователей предложила оригинальную идею, как их обнаружить. Но что такое вообще червоточины и насколько их обнаружение безопасно? Рассказываем все о кротовых норах, путешествиях во времени и вспоминаем предупреждение Хокинга об использовании кротовых нор.
Что же такое червоточины?
Физики-теоретики выдвинули гипотезу о существовании таких «ярлыков» в пространстве-времени в 1930-х годах, первоначально называя их «белыми дырами» и, в конечном итоге, мостами Эйнштейна-Розена. Белая дыра действует как обратная сторона черной дыры. Снаружи червоточины могут выглядеть как черные дыры. Но в то время как объект, который падает в черную дыру, попадает туда, как в ловушку, что-то, что падает в червоточину, может пройти через нее на другую сторону.
Поскольку название «Мосты Эйнштейна-Розена» для такого впечатляющего возможного явления немного суховатое, оно стали более широко известно как червоточины или кротовые норы.
Вы можете изобразить червоточину как своего рода туннель, который соединяет две точки в пространстве-времени. Этот туннель может быть прямым желобом или быть извилистым путем. Если червоточина «проходима», она действует как сокращение пути в пространстве-времени, соединяя две точки, которые в противном случае были бы далеко друг от друга. Червоточины могут соединять разные точки в пределах одной вселенной или они могут соединять разные вселенные.
Наиболее распространенный способ изображения червоточин — представить, что вы держите лист бумаги, который представляет собой нормальное пространство. Думайте о путешествии в пространстве как о путешествии по листу бумаги. Теперь отметьте точку на каждом конце и согните лист бумаги пополам, соединяя эти две точки вместе, но не позволяя им соприкоснуться. Если бы вы путешествовали в обычном пространстве (то есть вдоль листа бумаги), поездка от одной из ваших меток к другой была бы более длительной, чем если бы существовал туннель или «червоточина», соединяющая две точки на бумаге через пустое пространство между ними.
Червоточины действительно существуют?
Червоточина никогда не наблюдалась ни прямо, ни косвенно, но они «существуют» в математическом смысле, когда возникают в решениях уравнений гравитационного поля, лежащих в основе общей теории относительности Эйнштейна. Это означает, что мы можем разбить вселенную на множество частей, а затем использовать математические уравнения, чтобы описать, как эти части сочетаются друг с другом.
Эти уравнения поля похожи на строительные леса, на которых и строится вселенная. Уравнения, которые описывают, как работает общая теория относительности или гравитации, не требуют наличия червоточин, но допускают их существование. Другими словами, одним из возможных решений общих уравнений поля относительности является червоточина, соединяющая две точки в пространстве-времени.
Червоточины — это не только чисто теоретические явления. Есть несколько известных проблем, которые делают их реальностью даже в математике за пределами уравнений Эйнштейна.
Чем опасны червоточины. К чему приведет их открытие?
Для начала, червоточины нестабильны, то есть быстро разрушаются. Таким образом, любые возможные путешественники в космосе никогда не смогут добраться до другого конца туннеля, если он будет разрушаться вокруг них. Однако еще не все потеряно, потому что физики обнаружили, что использование экзотической материи может держать червоточину открытой. Экзотическая материя, которую не следует путать с темной материей, является формой, которая имеет отрицательную плотность энергии и отрицательное давление. Она отталкивается, а не притягивается гравитацией. До сих пор экзотическая материя появляется в форме частиц в квантовых экспериментах, поэтому никто не знает, может ли достаточное количество экзотической материи создать червоточину в одном месте.
И даже если бы мы могли поддержать туннель с червоточиной, открытый с помощью способности экзотической материи отталкивать гравитацию, другие теоретики, такие как Стивен Хокинг, предостерегают о другой проблеме. Если когда-нибудь даже одна частица попадает в червоточину, математика требует, чтобы червоточина начала разрушаться. Это не сулит ничего хорошего для межгалактического пространства и путешествий во времени.
Нельзя создавать замкнутые кривые, подобные времени. Обратная реакция помешала бы появлению замкнутых кривых времени. Законы физики не допускают появления замкнутых, подобных времени, кривых, предупреждал Хокинг, защищая хронологию времени в своем исследовании в 1992 году.
Потенциал червоточины. Что нам могут дать кротовые норы?
Червоточины являются популярным предметом среди любителей научной фантастики и физиков-теоретиков, потому что такие явления могут открыть множество возможностей. Люди могли бы путешествовать в другую галактику или исследовать существование параллельных вселенных в пределах человеческой жизни.
И червоточины не только дают возможность космических путешествий, но и для путешествий во времени. Мы могли бы вернуться к ранним дням формирования нашей солнечной системы и прекратить, наконец, спор о том, как сформировалась наша Луна. Может, даже разгадать тайну того, как появилась сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути? И это только начало.
Учитывая, что существование червоточин так заманчиво, следует ожидать как можно больше исследований на эту тему. И вот недавно ученые предложили оригинальное решение.
Детекторы гравитационных волн уже обнаружили таинственные черные дыры. Следующими могут быть червоточины.
Судя по исследованию физиков, черная дыра, закручивающаяся в червоточину, создаст в пространстве и пространстве рябь, которую можно будет обнаружить и зафиксировать в обсерваториях гравитационных волн ЛИГО и Дева.
Пока не было найдено никаких доказательств существования червоточин. Но если они существуют, у исследователей есть шанс обнаружить червоточины именно с помощью гравитационных волн, уверены ученые.
Они в своем теоритическом подходе рассматривали черную дыру с массой в пять раз больше солнечной, которая вращалась вокруг червоточины на расстоянии в 1,6 млрд световых лет от Земли. Исследователи подсчитали, что, когда черная дыра приблизится к кротовой норе, она начнет закручиваться по спирали внутрь, как если бы она вращалась вокруг другой массивной черной дыры. Этот процесс будет сопровождаться колебаниями и создаст гравитационные волны. Сначала они будут выглядеть как стандартный паттерн волн, частота которых увеличивается со временем.
Но как только черная дыра достигнет цента центра червоточины, называемой горлом, черная дыра пройдет сквозь нее и гравитационные волны в первой вселенной резко исчезнут.
Исследователи рассматривали, что произойдет, если черная дыра возникнет в далеком мире, например, в другой вселенной. В этом случае гравитационные волны во вселенной № 1 внезапно исчезнут.
Во вселенной № 2 появившаяся черная дыра начала бы движение по спирали. Это могло бы указать на прохождение ею пространственно-временного туннеля.
И эти самые волны, по мнению ученых, должны отличаться от тех, которые возникают, когда два объекта приближаются друг к другу. Далее черная дыра повторит движение по тоннелю между двумя вселенными, вызывая всплески гравитационных волн, до тех пор, пока ее энергия это позволит.
По мнению исследователей, если бы вселенная № 2 была нашей вселенной, при определенном расстоянии у ученых была бы возможность обнаружить эти особые гравитационные волны. Это и станет доказательством того, что черная дыра прошла через червоточину, а значит, она существует.
Согласно общей теории относительности, которая описывает гравитацию как результат искривления пространства-времени, червоточины возможны.
Обсерватория LIGO, базирующаяся в Соединенных Штатах, или лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория Advanced Virgo в Италии обнаруживают рябь от черных дыр или нейтронных звезд. Эти массивные объекты вращаются вокруг друг друга, прежде чем они сливаются.
В настоящее время ученые умеют замечать такие слияния, подтвердив более дюжины с 2015 года, и ожидают большего подтверждения. Но в какой-то момент физики должны будут сосредоточиться на более необычных возможностях, говорит физик Витер Кардосо из Instituto Superior Técnico в Лиссабоне, Португалия. Пришло время искать более странные, но захватывающие сигналы, подчеркивает он.
И все же человечеству стоит помнить предостережение Хокинга и помнить, насколько это опасно.
Источник
Discovery Science: Через червоточину с Морганом Фрименом. Сезон 2 (10 из 10)
Сериал Через Червоточину с ведущим — Морганом Фрименом исследует самые глубокие тайны существования — вопросы, которые всегда озадачивали человечество. Эти вопросы были обдуманы самыми изящными умами человеческого рода. Теперь, наука приблизилась к сути, в область где твердые факты и свидетельства могут быть в состоянии предоставить нам ответы, вместо философских теорий.
«Через Червоточину» примирит самые яркие умы и лучшие идеи с самых передних краев наук, — Астрофизики, Астробиологии, Квантовой механики, Теории струн, и более — чтобы показать экстраординарную правду о нашей Вселенной.
Серия 1. Есть ли жизнь после смерти?
Что происходит после смерти? Мы просто перестаем существовать или переходим в другую форму жизни? Сегодня ученые вплотную подошли к ответу на этот вопрос.
Серия 2. Есть ли конец у Вселенной?
Кажется, что космос бесконечен, но так ли это. Новые доказательства свидетельствуют, что у Вселенной есть конец. Так что же находится за пределами этой космической границы?
Серия 3. Существует ли время?
Время — определяющая характеристика известной нам Вселенной, но существует ли оно в действительности? Некоторые ведущие мировые ученые ставят под сомнение наше понимание мира.
Серия 4. Есть ли больше чем три Измерения?
Вооружившись самыми передовыми научными инструментами в истории человечества, физики пытаются раскрыть секреты других измерений.
Серия 5. Есть ли шестое чувство?
Насколько мы можем почувствовать вещи? Ученые исследуют скрытые глубины мозга и рассматривают возможности существования глобального сознания.
Серия 6. Есть ли параллельные миры?
Могут ли существовать параллельные реальности? Морган Фриман рассматривает возможность того, что судьба Вселенной зависит от скрытых космических близнецов.
Серия 7. Как устроена Вселенная?
Ученые анализируют уровни бытия и проверяют, насколько новые подходы к пониманию мира позволят нам раскрыть загадки Вселенной.
Серия 8. Можем ли мы путешествовать быстрее света?
Двигатель искривления, кротовые норы и телепортация: если ученые смогут преодолеть скорость света, мы сможем дойти до запредельных границ.
Серия 9. Можем ли мы жить вечно?
Смерть и разложение кажутся логичным концом для всего, что существует в нашем мире. А что, если жизнь бесконечна? Ученые начинают поиски бессмертия.
Серия 10. Как выглядят инопланетяне?
Экзобиологи создают свою энциклопедию внеземной жизни. Экзотических миров все больше и больше, с какими существами мы можем встретиться?
Источник