Как найти нору времени

Пространство-время, как мы знаем сегодня, представляет собой физическую модель, которая дополняет пространство равноправным временным измерением. Благодаря этой модели была создана теоретически-физическая конструкция, которая получила название пространственно-временной континуум. Важно отметить, что до Общей теории относительности Эйнштейна, понимание фундаментальных законов физики было неполным, но публикация ОТО в 1905 году оставила немало вопросов, одним из которых являлись черные дыры и червоточины – «туннеле» в пространстве-времени, соединяющим различные точки пространства-времени. И если существование черных дыр удалось доказать несколько лет назад, то с кротовыми норами все не так однозначно – они принадлежат к гипотетически существующим объектам. Но некоторые ученые считают, что скоро мы тоже сможем их найти. Так, за последние несколько месяцев было опубликовано сразу несколько научных исследований, которые предлагают новые, интригующие способы поиска этих космических объектов.

Интересный факт
Ученые сообщают, что черная дыра, вращающаяся вокруг червоточины, будет излучать особый рисунок гравитационных волн — уникальный для червоточин.

Как найти кротовую нору?

Начнем с того, что черные дыры и кротовые норы – это особые типы решений уравнений Эйнштейна, возникающие, когда структура пространства-времени сильно искривляется гравитацией. Например, когда материя чрезвычайно плотна, ткань пространства-времени может стать настолько искривленной, что даже свет не сможет вырваться наружу. Такие объекты мы называем черными дырами.

Поскольку ОТО позволяет растягивать и изгибать ткань пространства-времени, в 1935 году Эйнштейн и его коллега физик Натан Розен описали, как два участка пространства-времени можно соединить воедино, создав своего рода мост между двумя вселенными. Это – один из видов червоточины, но с тех пор было описано множество других.

Говоря о кротовых норах, нельзя не упомянуть гравитационные волны, существование которых было доказано в 2015 году. Дело в том, что с помощью мощных детекторов LIGO и VIRGO, исследователи уже обнаружили черные дыры, но их следующее открытие может перевести кротовые норы из гипотетических объектов, в реально существующие. А если червоточины существуют, то снаружи могут показаться похожими на черные дыры.

Больше по теме: Что такое гравитационные волны. Когда и как их открыли

Разница между червоточиной и черной дырой заключается в том, что попав в черную дыру объект не сможет из нее вырваться, а оказавшись в кротовой норе, он сможет пройти сквозь нее прямо на другую сторону. Сила, которую мы воспринимаем как гравитацию, на самом деле является результатом искривления пространства-времени.

Странности Вселенной

Итак, планеты вращаются вокруг Солнца, потому что оно создает форму чаши в ткани пространства. (Проще всего представить планеты в виде шариков, которые кружат вокруг и внутри этой чащи). Черные дыры, в свою очередь, искривляют пространство-время в пропасти настолько глубокие, что ничто не может покинуть их. Но пространство-время может также изгибаться в другие странные формы, например в туннели.

Эти туннели или червоточины, могли бы обеспечить кратчайший путь между двумя удаленными местами в пространстве и времени или между двумя разными вселенными. Пространство-время может искривляться, но оно также может колебаться. Эти волны называются гравитационными и могут указывать на червоточины.

Еще больше интересных статей о черных дырах, параллельных вселенных и путешествия сквозь пространство-время читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Гравитационные волны, черные дыры и червоточины

Исследователи полагают, что черная дыра, закручивающаяся по спирали в червоточину, должна создавать странный узор ряби в пространстве-времени. И при наличии правильных инструментов некоторые обсерватории могли бы их обнаружить.

К такому выводу пришли физики в работе, опубликованной в середине лета на сервере препринтов arXiv.org. Волны от пары черная дыра-червоточина будут мигать и включаться, когда черная дыра пройдет через червоточину, а затем снова выйдет. Но на сегодняшний день никаких свидетельств существования этих объектов не существует.

Кротовые норы, безусловно, спекулятивные, с большой буквы «С», — говорит Уильям Габелла. Он – физик из Университета Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси. Однако, если червоточины действительно существуют, у исследователей должен быть шанс их обнаружить. Для этого просто потребовались бы правильные условия и детектор гравитационных волн.

Путешествие черной дыры сквозь червоточину

Как пишет Live Science, команда Габелла рассматривала черную дыру с массой, в пять раз превышающей массу Солнца. Они представили, что черная дыра вращается вокруг червоточины на расстоянии около 1,6 миллиарда световых лет от Земли. По их расчетам, когда черная дыра вращается вокруг червоточины, она должна начать вращаться по спирали внутрь, высвободив гравитационные волны.

Причем сначала они выглядели бы точно так же, как гравитационные волны от двух черных дыр. Структура волн, которую некоторые физики называют чириканьем, со временем будет увеличиваться по частоте. Но достигнув центра червоточины, или «горлышка», черная дыра пройдет через него.

Это интересно: Время эластично: почему на вершине горы время идет быстрее, чем на пляже?

Затем исследователи рассмотрели, что произойдет, если черная дыра возникнет в отдаленном месте. Например, в другой вселенной. В этом случае гравитационные волны в первой вселенной внезапно прекратились бы, а во второй вселенной черная дыра «выстрелила» бы наружу, прежде чем снова закрутиться по спирали. Затем она должна пройти весь путь обратно через червоточину и снова попасть в первую вселенную.

Когда черная дыра вернется, она сначала будет по спирали выходить из червоточины. Это может вызвать “анти-чириканье” — картину гравитационных волн, противоположных чириканью, — прежде чем снова погрузиться в это состояние, – пишут авторы научной работы.

Читайте также: Что такое четырехмерное пространство?

Со временем черная дыра будет продолжать прыгать между двумя вселенными, что должно вызвать повторные всплески гравитационных волн. Но между ними были бы периоды молчания – как только черная дыра потеряет достаточно энергии для создания гравитационных волн, ее путешествие закончится и она осядет в горлышке червоточины.

Кротовая нора – особенность пространстве времени, которая представляет собой тоннель в пространстве в каждый момент времени. Она сочетается с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна (Albert Einstein), но её существование всё ещё является не более чем гипотезой, которую никто не смог доказать. А первым понятие кротовой норы ввёл физик из США Джой Арчибальд Уилер (John Archibald Wheeler).

Китайские учёные, кажется, смогли придумать способ, который позволит искать кротовые норы. Они считают, что червоточины могут быть обнаружены по косвенным признакам, как это происходит с чёрными дырами. Последние полностью поглощают весь свет, поэтому их невозможно увидеть. Однако учёные уверенны в существовании чёрных дыр и даже успевают их изучать.

Моделирование китайские учёных продемонстрировало, что кротовые норы могут иметь огромную массу, чтобы преломлять свет от объектов, которые находятся позади их. Простыми словами, червоточины будут увеличивать искажать далёкие звёзды, находящиеся позади. Так умеют делать чёрные дыры и скопления галактик.

Учёные считают, что объект позади кротовой норы предстанет в трёх увеличенных копиях, одна из которых будет ярче остальных. В случае с чёрными дырами эффект отличается. Чёрная дыра вызывает не три, а четыре копии, но все они имеют примерно одинаковый уровень яркости.

Несмотря на это, работу китайских учёных сложно назвать революционным открытием. Даже если представить, что моделирование действительно оказалось правильным, найти кротовую нору будет так же просто, как услышать шёпот человека на рок-концерте. Об этом говорит Андреас Карх (Andreas Karch), физик Техасского университета в Остине. Так что им ещё есть куда стремиться.

Обычно идеи о машине времени создают в человеческом уме образы сложнейших устройств, которые используются в некоторых научно-фантастических сериалах и фильмах. Но согласно известной общей теории относительности, автором которой является Эйнштейн, объясняющей, каким образом работает сила тяжести во вселенной, путешествие во времени – это не просто фантазия.

Согласно теории Альберта Эйнштейна движение во времени вперед возможно бесспорно. На самом деле физики отсылали крошечные частицы, наподобие электронов, которые назвали «мюоны» в будущее с помощью манипуляций силой тяжести, окружающей их. Однако это не та технология, которая в скором времени отправит людей в будущее на 200 лет вперед.

Путешествия во времени назад еще сложнее. Но физик и астроном Эрик Дэвис, работающий в институте перспективных исследований, убежден, что это возможно. А нужна для этого только кротовая нора – гипотетический тоннель через пространство-время, о существовании которого было предсказано еще общей теорией относительности.

Где найти кротовую нору?

Еще не доказано учеными существование кротовых нор, и даже если их когда-то обнаружат, то они, скорее всего, будут так малы, что в них человек не поместится, не то, что космический корабль. Но научный доклад Дэвиса, обнародованный не так давно, задевает вопрос машин времени, а также возможности того, что такая кротовая нора может применяться в качестве средства путешествия во времени.

Квантовая теория, а также общая теория относительности предлагают методы путешествия по тому пространству, которое в физике обозначается замкнутой времениподобной кривой, т.е. по пути, который пролегает через пространство и время. По сути, эти все варианты и представляют собой машину времени.

Дэвис считает, что современное понимание законов физики учеными пропитано идеей машин времени, согласно которой есть множество решений геометрии времени и пространства, доказывающих возможность путешествия через время, либо обладают частично свойствами машин времени.

Кротовая нора, например, даст возможность космическому кораблю переместиться от одной точки до второй быстрее скорости света. Это объясняется тем, что корабль придет в назначенную точку быстрее луча света, ведь он срежет дорогу сквозь пространство-время напрямую через кротовую нору. На самом деле корабль не нарушает правило универсального ограничителя скорости, т.е. скорости света, поскольку в действительности двигаться быстрее скорости света он не будет.

Согласно теории, кротовая нора может применяться для поиска наименьшего пути не только, преодолевая пространство, но и время. Дэвис утверждает, что в нашем трехмерном физическом пространстве нельзя избежать машин времени. Проходимые кротовые норы это и есть своеобразные машины времени, а предсказание о существовании кротовых нор привело к целой цепочке дальнейших исследований и испытаний относительно машин времени.

Но по словам того же ученого, преобразование кротовой норы в настоящую машину времени – невероятно сложная задача. Ведь в тот момент, как возникнет кротовая нора, один, либо ее оба конца нужно будет разогнать относительно времени до необходимой позиции, как утверждает теория относительности.

Вызовы будущего

В настоящее время имеется несколько версий того, как физические законы могут оказывать действие на предотвращения перемещений во времени посредством кротовых нор.

«Предположительно не только то, что станут возможными путешествия в прошлое уже в наш век, но и то, что физические законы при их полном понимании абсолютно исключат данную возможность», — говорит Роберт Оуэн, астрофизик, специализацией которого является теория гравитации и черных дыра.

Согласно существующим знаниям ученых, удерживание кротовой норы в более менее стабильном состоянии для перехода требует значительных объемов малоизученного вещества – «экзотической материи».

Общая теория относительности экзотическую материю не учитывает, поскольку согласно ей данная материя не существует. Но она все-таки есть. И здесь вступает в игру квантовая теория. Также как теория относительности, квантовая теория является системой для объяснения вселенной, она походит на линзу, через которую ученые имеют возможность рассматривать вселенную.

Но экзотическая материя наблюдалась только в минимальных объемах, намного меньших, чем необходимо для сохранения в открытом качестве кротовой норы. Физики будут вынуждены найти методы, как генерировать и собирать значительные количества экзотической материи, если они хотят организовать псевдо-путешествие быстрее, чем скорость частиц света, а также, если на то пошло, то путешествие во времени.

Наряду с этим, некоторые из физиков применяли квантовую механику для установления того, что попытка прохождения через кротовую нору позволит создать нечто, чему дали название «обратная квантовая реакция». В ходе ее, действие по преобразованию кротовой норы в функциональную машину времени будет вести к накоплению огромных объемов энергии, в результате уничтожив кротовую нору задолго до того момента, как ее получится применить в роли машины времени. Но математическая модель, применявшаяся для вычисления обратной квантовой реакции, учитывает лишь одно измерение пространства-времени.

«Поскольку общая теория относительности пока в силе, я считаю, что ее предсказания относительно машин времени, кротовых норах и сверхсветовых двигателях остаются действительными и должны проходить испытания, несмотря на все, что утверждает относительно их квантовая теория», — подводит итог Дэвис.

Это ярко показывает одну из основных проблем теорий о перемещениях во времени: физикам нужно обосновать свои аргументы или согласно квантовой теории, или согласно теории относительности. Они в то же время обе не достаточно полные и не могут полностью охватить нашу загадочную и сложную вселенную.

Прежде, чем придумать метод путешествия во времени, ученым необходимо найти метод сведения данных теорий в одну теорию квантовой гравитации. Она же, в свою очередь, окажется основой для будущего исследования путешествий во времени.

Оуэн считает, что пока с уверенностью утверждать нельзя, возможны или нет путешествия в будущее или в прошлое. «Идея перемещения во времени посредством кротовой норы базируется лишь на теории относительности, но квантовую механику не учитывает, — говорит ученый. – Однако, если включить в расчеты квантовую механику, то можно увидеть, что машина времени бы не стала работать так, как хотим мы».

Но Дэвис утверждает, что ученые взяли все познания о машинах времени исключительно из одной теории, он призывает ученых сосредоточиться на путешествиях со скоростью больше, чем скорость света. «Пока кто-то не создаст кротовую нору, либо сверхзвуковой двигатель, будоражить общественность идеей о машине времени нет смысла», — убежден ученый.

Это требует разработки и анализа общеизвестной теории квантовой гравитации, что уже является огромной проблемой. Поэтому пока не нужно бронировать билеты на первый рейс машины времени.

Кротовая нора — это гипотетический астрофизический объект с искажением пространства и времени, в теории дающий возможность путешествовать даже сквозь разные вселенные. Как ее можно представить?

По-научному

В 1935 году физики-теоретики Альберт Эйнштейн и Натан Розен сделали смелое предположение о том, что в мире где-то должны существовать такие пространственно-временные «каналы», которые могут соединить две вселенные. Эти так называемые «мосты» Эйнштейна-Розена, представляющие собой сложные пространственные структуры, позднее получили название «кротовые норы» (аналог английского слова wormhole, «червоточина», предложенного физиком Джоном Уилером, который также ввел термин black hole — «черная дыра»).

Кстати, как указывает в своей диссертации астрофизик Александр Шацкий, термин «кротовая нора» победил в голосовании, которое проводилось в 2004 году среди семи русскоговорящих ученых, имеющих публикации по этой тематике.

По-простому

Как объясняет профессор Государственного астрономического института имени Штернберга Владимир Липунов, представить кротовую нору можно, сложив листок бумаги пополам, а затем проткнув его. Получившееся отверстие будет подобием кротовой норы.

Как работает кротовая нора?

Кротовые норы описываются уравнениями общей теории относительности. Для их возникновения и стабильного существования необходима экзотическая материя, например, с отрицательной энергией. Такое вещество не должно дать горловине кротовой норы схлопнуться под воздействием гравитации. Нора соединяет разные области пространства-времени.

А что с черной дырой?

Кротовые норы и черные дыры — два типа объектов, которые в зависимости от характеристик могут как быть очень похожими, так и сильно отличаться.

«Кротовые норы и черные дыры являются двумя разными типами решений уравнений общей теории относительности. Отличительная особенность черной дыры — это наличие горизонта событий, из пределов которого ничего не может вырваться обратно ввиду сильного гравитационного поля. У черной дыры обязательно есть горизонт событий, но она не обязательно связывает разные области пространства-времени или разные вселенные. А атрибут кротовой норы — как раз связь таких областей, но горизонта событий в ней может и не быть. И если у кротовой норы все же есть горизонт событий, снаружи она выглядит так же, как черная дыра», — поясняет заведующий кафедрой теоретической физики Московского физико-технического института Эмиль Ахмедов.

Какими бывают кротовые норы?

Согласно исследованиям, существующие кротовые норы можно разделить на несколько подвидов:

• Непроходимые

Они внешне напоминают черную дыру, но внутри такой дыры нет сингулярности, то есть бесконечной плотности материи, которая разрывает и уничтожает любую другую материю, попадающую в нее. В теории у таких нор даже нельзя поймать сигнал — они разрушаются слишком быстро.

• Проходимые

Эти норы можно пересекать в обе стороны, что дает возможность для путешествий на большие расстояния без нарушения скоростного предела. Чтобы быть проходимой, кротовая нора должна быть заполнена темной материей.

• Межмировые

Ряд ученых считает, что кротовые норы способны соединять не только точки в нашей вселенной, но и стать «коридорами» во вселенные параллельные.

• Внутримировые

Если один из входов в кротовую нору движется относительно другого, или если он находится в мощном гравитационном поле, где замедляется временной поток, то такая нора способна стать настоящей машиной времени.

Почему кротовые норы до сих пор не обнаружены?

Принцип функционирования кротовых нор теоретически обоснован, но экспериментально они пока не наблюдаются. Есть мнение, что микроскопические кротовые норы существуют в космическом пространстве на уровне взаимодействия элементарных частиц высоких энергий. Есть ли в природе широкие кротовые туннели, еще неизвестно. Современные технические устройства пока не позволяют увидеть эти объекты, но технологии развиваются.

Стоит ли вообще искать кротовую нору?

Конечно, каждому писателю-фантасту или же режиссеру фильма о космосе подвластно создать кротовую нору любых размеров и проявлений. Однако ученые, порой, под сомнение ставят не только вопрос целесообразности изучения кротовой норы, но и сам факт ее существования.

«Говоря о кротовой норе, мы имеем дело с так называемым парадоксом Энрико Ферми, который можно сформулировать в одно простое изречение: «Если бы что-то существовало, то мы бы давно это увидели». Пока что достоверных и научно доказанных фактов существования кротовых нор, к сожалению, нет. Иначе, как я люблю говорить, уже бы давно в каждой квартире налогоплательщика была бы кротовая нора», — отметил Владимир Липунов.

Однако, по мнению Эмиля Ахмедова, не все так просто и категорично. Однозначно утверждать, что кротовые норы существуют только математически и на бумаге, нельзя. По словам ученого, уравнения Эйнштейна не очень ограничительные — это значит, что у них много различных решений, и не все из них обязаны реализоваться в природе. Например, белые дыры существуют как решения уравнений гравитации, но вполне вероятно, что в природе их нет. При этом черные дыры регистрируются, и уже есть их фото. Еще один важный факт — некоторые из этих гипотетических объектов неустойчивы, т.е. живут достаточно короткое время, как поставленная на ребро монета, которая может упасть при малейшем дуновении ветра.

Можно ли создать кротовую нору искусственно?

В теории, в далеком будущем и при должном уровне развития ускорительной техники — да.

«Для создания кротовой норы, которая позволит быстро перемещаться между различными областями Вселенной, нужна экзотическая энергия, например, темная энергия достаточно высокой плотности или энергия микроскопических квантовых флуктуаций. Микроскопические кротовые норы, возможно, удастся создать в далеком будущем. Для этого нужны очень высокие энергии, которые пока не реализуются на современных ускорителях, но могут быть достигнуты с их развитием. А вот как искусственно создать большие кротовые норы, которые позволят космическому кораблю быстро перелететь в удаленную область нашей Вселенной, пока не очень ясно», — отмечает Эмиль Ахмедов.

Возможны ли путешествия сквозь кротовые норы?

Пока что идея кротовой норы — единственная надежда человечества на путешествия на очень большие расстояния за разумное время.

Учитывая существующий уровень технологий, человечеству в обозримом будущем удастся создать звездолеты, которые будут тратить десятки или даже сотни лет на путешествия до ближайших звезд. На этих аппаратах должны будут смениться целые поколения космонавтов. А вот с использованием кротовых нор можно было бы сильно ускорить такие путешествия, как это было показано в «Стартреке» или «Интерстелларе».

Кем нора «вырыта» сегодня?

Сложности исследования и гипотетического создания кротовых нор связаны со спецификой уравнений Эйнштейна и поиском той самой экзотической материи. Но ученые продолжают «копать», пусть и работа над всесторонним изучением решений уравнений гравитации и их технической реализацией займет не одно столетие.

«Недавно удалось найти несколько интересных решений, вроде кротовых нор, для которых достаточно и обычной материи. Их предложил профессор Хуан Малдасена из Принстона в соавторстве с бывшими студентами МФТИ Федором Поповым и Алексеем Милехиным. У этих решений есть недостатки с точки зрения реализации быстрых космических путешествий. Но не исключено, что в будущем получится найти кротовые норы с обычной материей, имеющие достаточно большие размеры и существующие достаточно долго. Если это удастся, то останется преодолеть технологические сложности — создать такую нору на практике, чтобы в нее смог пролететь космический корабль», — добавил Ахмедов.