Содержание
Космические тоннели
Роман Фишман
«Популярная механика» №2–3, 2021
Кротовые норы едва ли не единственная наша надежда более или менее свободно перемещаться по Вселенной. Но пока что астрофизики лишь предполагают существование таких странных объектов, пытаясь отличить их от злых братьев — черных дыр.
С тех пор как выяснилось, что разгон космического корабля до световой скорости потребует бесконечного количества энергии, на межзвездных экспедициях можно было бы поставить крест. Пространства Вселенной настолько обширны, что на путешествие из одной точки к другой даже у излучения могут уйти миллиарды лет. До не столь уж далекого центра Млечного Пути фотону добираться 26 тыс. лет, а ведь быстрее, чем фотон, перемещаться невозможно…
Такие безрадостные выводы вытекают из специальной теории относительности Эйнштейна. Однако появившаяся следом за ней общая теория относительности (ОТО) подарила надежду на то, что однажды мы все-таки сможем перемещаться в самые далекие уголки пространства — а заодно и времени.
В самом деле, с появлением ОТО изменилось само понимание пространства и времени, которые слились в единый континуум. Космос перестал быть безучастной вечной и неподвижной сценой, на которой разворачиваются события жизни Вселенной. Пространство-время оказалось динамичным: под действием массы (и энергии) оно способно искривляться, деформироваться, разрываться и склеиваться вновь. В экстремальных случаях уравнения Эйнштейна предсказывают существование компактных объектов с огромной гравитацией и сильно искаженной метрикой пространства-времени. Даже свет движется слишком медленно, чтобы выкарабкаться из этой ямы.
Добрые братья черных дыр
Но в ОТО возможны и другие виды компактных экстремальных объектов. Еще в 1935 году Эйнштейн и Натан Розен показали, что воронка пространства-времени может не уходить в бесконечную глубину сингулярности, а продолжаться тоннелем с выходом в другом районе космоса. Такие кротовые норы способны соединять между собой сколь угодно удаленные области пространства-времени — как прогрызенный червем ход в яблоке соединяет его противоположные стороны — или даже пространства разных Вселенных.
И если «мост Эйнштейна — Розена» непроходим даже теоретически, то некоторые другие виды кротовых нор могут быть вполне доступны для отдельных частиц, а то и фантастических звездолетов будущего.
Для этого нора должна быть стабильной, противостоя постоянному влиянию гравитации, из-за которой ее тоннель стремится сколлапсировать, оставив, например, две черные дыры, уже не связанные друг с другом. И желательно, чтобы она была достаточно большой: тогда приливные силы, способные разорвать все, что подошло слишком близко, станут неопасны. Человек их воздействия, возможно, и не выдержит, но робот — наверняка. А ведь может существовать целая сеть таких тоннелей!
Еще на самых первых этапах существования Вселенной, когда пространство-время бурно пенилось и деформировалось, в нем могли появиться микроскопические экстремальные искажения, аномалии, которые по мере расширения пространства растянулись до циклопических размеров, вполне подходящих для межзвездных перелетов. Жаль только, что в отличие от черных дыр кротовые норы пока так и остаются гипотетическими объектами.
Свидетельств их существования до сих пор нет – хотя, возможно, мы просто не умеем их искать.
Между дырами и норами
Описывая концепцию кротовых нор, часто показывают свернутый лист бумаги, пробитый карандашом, — так получается короткий мостик между противоположными краями. Вход в этот трехмерный «тоннель» — плоский круг. Соответственно, в нашем четырехмерном пространстве-времени вход в нору будет выглядеть как трехмерная сфера. На достаточно большом расстоянии эта сфера экстремальных деформаций почти неотличима от черной дыры: вокруг нее наблюдаются те же искажения пространства-времени, в глубину так же падает окружающая материя. Недаром знаменитая Гаргантюа — сверхмассивная черная дыра из фильма «Интерстеллар» — унесла оказавшегося в ней героя в иное пространство-время, как настоящая проходимая «кротовина».
Считается, что такие сверхмассивные черные дыры находятся в центрах крупных галактик. Судя по скоростям движения окружающих их звезд и материи, они способны набирать массу в миллионы и даже миллиарды солнц.
Саму дыру окружает плотный диск вещества, которое падает в ее бесконечные недра, ускоряясь и разогреваясь, выплевывая потоки вещества и излучения. В 2006 году группа российских ученых во главе с академиком Николаем Кардашевым предположила, что в глубине таких активных центров галактик могут скрываться не черные дыры, а входы в тоннели кротовых нор, которые где-то на противоположной стороне соединяются с другими галактиками.
Отличить черную дыру от входа в нору непросто. Но если кротовая нора проходима, то сквозь нее должно «просачиваться» некоторое количество гравитации, а значит, на ее присутствие могут указывать неожиданные аномалии в движениях окружающих звезд и пыли. Увы, этот сигнал чрезвычайно слаб, и вряд ли его удастся заметить на общем — очень бурном — фоне активного центра галактики. Однако в конце 2020 года астрономы Пулковской обсерватории нашли способ, который выглядит вполне реалистичным. (Вообще говоря, такой экстравагантной темой, как кротовые норы, интересуется не так много ученых — не больше нескольких сотен на весь мир.
И российские теоретики занимают среди них далеко не последнее место.)
Итак, астрофизики Сергей Красников и Михаил Пиотрович предположили, что если с обеих сторон в кротовую нору падают огромные количества материи, то где-то в глубине ее тоннеля они должны встречаться друг с другом. Экстремальное сжатие способно вызвать экстремальный разогрев — до температур порядка 10 трлн градусов. «Такие температуры не возникают ни при каком из известных астрофизических процессов, — добавляет Михаил Пиотрович. — Они должны вызывать распад субатомных частиц, нейтральных пионов, создавая характерную линию в спектре гамма-волн». Сверхмассивные черные дыры также испускают гамма-лучи, но лишь узкими потоками и с иными характеристиками.
Комментируя свою работу для «ПМ», ученые отметили: «Мы сами удивились тому, насколько это просто. Эффект лежит на поверхности, и странно, что до сих пор никто не задумался о нем». По словам астрономов, для обнаружения гамма-сигнала не потребуется новых сверхчувствительных инструментов.
Нужные наблюдения могут провести уже работающие телескопы, такие как космический зонд Fermi. Остается лишь подождать: если предсказания сбудутся, значит, у нас есть по крайней мере теоретическая надежда на путешествия от Земли до самых дальних окраин Вселенной.
«Кротовая нора» – коридор времени
12 ноября 2011
09:29
Астрофизики уверены: в космосе есть туннели, через которые можно переместиться в другие Вселенные и даже в другое время. Предположительно, они образовались, когда Вселенная только зарождалась. Этим космическим «машинам времени» дали название «кротовых нор».
Астрофизики уверены: в космосе есть туннели, через которые можно переместиться в другие Вселенные и даже в другое время. Предположительно, они образовались, когда Вселенная только зарождалась. Когда, как говорят ученые, пространство «кипело» и искривлялось. Этим космическим «машинам времени» дали название «кротовых нор».
От черной дыры «нора» отличается тем, что туда можно не только попасть, но и вернуться обратно.
Машина времени существует. И это уже не заявление фантастов – четыре математических формулы, которые пока в теории доказывают – перемещаться можно как в будущее, так и в прошлое. И компьютерная модель. Примерно так должна выглядеть «машина времени» в космосе: два отверстия в пространстве и времени, соединенные коридором.
«В данном случае речь идет об очень необычных объектах, которые были открыты в теории Эйнштейна. Согласно этой теории, в очень сильном поле происходит искривление пространства, и время то скручивается, то замедляется, вот такие фантастические свойства», – поясняет заместитель директора Астрокосмического центра ФИАН Игорь Новиков.
Такие необычные объекты ученые назвали «кротовые норы». Это вовсе не человеческое изобретение, создать машину времени пока способна только природа.
Сегодня астрофизики лишь гипотетически доказали существование «кротовых нор» во Вселенной.
Дело за практикой. Поиск «кротовых нор» – одна из главных задач современной астрономии.
«О черных дырах начали говорить где-то в конце 60-х годов, и когда они делали эти доклады, это казалось фантастикой. Всем казалось, это абсолютная фантастика – сейчас это у всех на устах, – рассказывает директор Астрономического института МГУ имени Штернберга Анатолий Черепащук. – Так и сейчас «кротовые норы» тоже фантастика, тем не менее теория предсказывает, что «кротовые норы» существуют. Я оптимист и думаю, что «кротовые норы» тоже когда-нибудь будут открыты».
«Кротовые норы» принадлежат к такому загадочному явлению как «темная энергия», из которой состоит 70 процентов Вселенной.
«Сейчас открыта темная энергия – это вакуум, который обладает отрицательным давлением. И в принципе «кротовые норы» могли формироваться из состояния вакуума», – предполагает Анатолий Черепащук.
Одно из мест обитания «кротовых нор» – центры галактик. Но здесь главное не перепутать их с черными дырами, огромными объектами, которые также находятся в центре галактик.
Масса их – миллиарды наших Солнц. При этом черные дыры обладают мощнейшей силой притяжения. Она настолько велика, что даже свет не может вырваться оттуда, поэтому разглядеть в обычный телескоп их невозможно. Сила притяжения «кротовых нор» также огромна, однако если заглянуть вовнутрь «кротовой норы», можно увидеть свет прошлого.
«В центре галактик, в их ядрах, есть очень компактные объекты, это черные дыры, однако предполагается, что некоторые из этих черных дыр вовсе не черные дыры, а входы в эти «кротовые норы», – рассказывает Игорь Новиков.
Сегодня открыто более трехсот черных дыр. От Земли до центра нашей галактики Млечный путь 25 тысяч световых лет. Если окажется, что эта черная дыра – «кротовая нора», коридор для путешествия во времени, человечеству до него лететь и лететь.
общество
новости
Ученые смоделировали «детскую» червоточину, не разрывая пространство и время | Космос
Это основа научной фантастики, он крошечный и не существует в физическом пространстве, но исследователи говорят, что они создали то, что теоретически является червоточиной.
Исследователи объявили, что они смоделировали две крохотные черные дыры в квантовом компьютере и передали сообщение между ними через нечто вроде туннеля в пространстве-времени.
Они сказали, что на основе телепортированной квантовой информации появилась проходимая червоточина, но в эксперименте не было физически создано разрыва между пространством и временем, согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature в среду.
Червоточина — разрыв в пространстве и времени — считается мостом между двумя удаленными регионами Вселенной. Ученые называют их мостами Эйнштейна-Розена в честь двух физиков, описавших их: Альберта Эйнштейна и Натана Розена.
«Похоже на утку, ходит как утка, крякает как утка. Вот что мы можем сказать на данный момент — у нас есть что-то, что с точки зрения свойств, на которые мы смотрим, похоже на червоточину», — сказал физик и соавтор исследования Джозеф Ликкен из Fermilab, американской лаборатории физики частиц и ускорителей.
Физик из Калифорнийского технологического института Мария Спиропулу, соавтор исследования, описала его как обладающего характеристиками «детской червоточины», и теперь надеется шаг за шагом создать «взрослые червоточины и червоточины для малышей».
Динамика червоточин наблюдалась на квантовом устройстве в Google под названием квантовый процессор Sycamore.
Эксперты, не участвовавшие в эксперименте, предупредили, что важно отметить, что физическая червоточина на самом деле не была создана, но отметили будущие возможности.
Дэниел Харлоу, физик из Массачусетского технологического института, сообщил New York Times, что эксперимент основан на моделировании, которое настолько просто, что его можно было бы изучить с помощью карандаша и бумаги.
«Я бы сказал, что это не учит нас чему-либо о квантовой гравитации, чего мы еще не знали», — написал Харлоу. «С другой стороны, я думаю, что это захватывающее техническое достижение, потому что, если мы даже не можем сделать это (а до сих пор мы не могли), то моделирование более интересных теорий квантовой гравитации, безусловно, было бы исключено».
Сами авторы исследования ясно дали понять, что ученым еще далеко до возможности отправлять людей или другие живые существа через такой портал.
«Экспериментально я скажу вам, что это очень-очень далеко. Ко мне приходят люди и спрашивают: «Можете ли вы поместить свою собаку в червоточину?» Так что нет», — сказал Спиропулу журналистам во время видеобрифинга. «… Это огромный скачок».
Ликкен добавил: «Есть разница между тем, что возможно в принципе, и тем, что возможно на самом деле.
«Так что не задерживай дыхание, отправляя свою собаку через червоточину. Но нужно с чего-то начинать. И я думаю, что это просто здорово, что мы вообще можем получить это в свои руки».
Такие червоточины согласуются с общей теорией относительности Эйнштейна, которая фокусируется на гравитации, одной из фундаментальных сил во вселенной. Термин «червоточина» был придуман физиком Джоном Уилером в 1950-х годах.
«Эти идеи существуют уже давно, и это очень мощные идеи, — сказал Ликкен. «Но, в конце концов, мы занимаемся экспериментальной наукой, и мы очень долго пытались найти способ исследовать эти идеи в лаборатории.
И это то, что действительно интересно в этом. Это не просто «Ну, червоточины — это круто». Это способ взглянуть на эти очень фундаментальные проблемы нашей вселенной в лабораторных условиях».
С Reuters
Ученые создают червоточину-малыша по мере того, как научная фантастика приближается к реальности
Представление художника о квантовом эксперименте, имитирующем поведение червоточины.
Калифорнийский технологический институт/Рейтер
Подпишитесь на информационный бюллетень CNN по теории чудес. Исследуйте вселенную, получая новости об удивительных открытиях, научных достижениях и многом другом .
В научной фантастике — например, в таких фильмах и сериалах, как «Интерстеллар» и «Звездный путь» — червоточины в космосе служат порталами в пространстве и времени, с помощью которых космические корабли могут с легкостью преодолевать невообразимые расстояния.
Если бы это было так просто.
Ученые давно пытаются глубже понять червоточины и теперь, кажется, добились прогресса. Исследователи объявили в среду, что они создали две крошечные смоделированные черные дыры — эти необычайно плотные небесные объекты с такой мощной гравитацией, что даже свет не может вырваться — в квантовом компьютере и передали сообщение между ними через то, что представляло собой туннель в пространстве-времени.
По словам физика Калифорнийского технологического института Марии Спиропулу, соавтора исследования, опубликованного в журнале Nature, это была «детская червоточина». Но ученые далеки от того, чтобы отправлять людей или других живых существ через такой портал, сказала она.
«Экспериментально, для меня, я скажу вам, что это очень, очень далеко. Ко мне приходят люди и спрашивают: «Можете ли вы поместить свою собаку в червоточину?» Так что нет», — сказал Спиропулу журналистам во время видеобрифинга. «Это огромный скачок».
Ледник Свинафеллсйокудль в национальном парке Скафтафетль, Исландия.
Барри Нилд/CNN
Посмотрите, где в Исландии снимался «Интерстеллар»
«Есть разница между тем, что возможно в принципе, и тем, что возможно в реальности», — добавил физик и соавтор исследования Джозеф Ликкен из Fermilab, американской лаборатории физики элементарных частиц и ускорителей.
«Так что не задерживайте дыхание, отправляя свою собаку через червоточину. Но нужно с чего-то начинать. И я думаю, что мне просто интересно, что мы вообще можем заполучить это».
Исследователи наблюдали за динамикой червоточины на квантовом устройстве в Alphabet Google под названием квантовый процессор Sycamore.
Червоточина — разрыв в пространстве и времени — считается мостом между двумя отдаленными областями Вселенной. Ученые называют их мостами Эйнштейна-Розена в честь двух описавших их физиков — Альберта Эйнштейна и Натана Розена.
Такие червоточины согласуются с общей теорией относительности Эйнштейна, которая фокусируется на гравитации, одной из фундаментальных сил во Вселенной.
Термин «червоточина» был придуман физиком Джоном Уилером в XIX веке.50-е годы.
Физик-теоретик Рональд Маллетт насыпает сухой лед в кольцевой лазер на этой упорядоченной фотографии, сделанной в лаборатории Университета Коннектикута в Сторрсе, штат Коннектикут, США, в понедельник, 23 марта 2015 года. Маллетт говорит, что держал в секрете свою работу о путешествиях во времени. в течение многих лет отчасти потому, что коллеги пришли к выводу, что он сумасшедший, непригодный для пребывания в должности. Фотограф: Скотт Эйзен/Блумберг через Getty Images
Скотт Эйзен/Блумберг через Getty Images
Познакомьтесь с ученым, пытающимся отправиться в прошлое
Спиропулу сказал, что исследователи обнаружили квантовую систему, которая демонстрирует ключевые свойства гравитационной червоточины, но при этом достаточно мала для реализации на существующем квантовом оборудовании.