Кротовые норы: Кротовая нора: что это и почему их до сих пор не нашли |

Содержание

Кротовая нора: что это и почему их до сих пор не нашли

РБК Тренды разобрались в одном из самых таинственных феноменов астрофизики и постарались приблизиться к пониманию, как сегодня изучают и открывают новые грани возможных путешествий во времени и пространстве

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.

Первая диаграмма кротовой норы (Джон Уилер,1955)

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.

Подробнее о принципах работы кротовой норы

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.

Французский физик доказал стабильность кротовых нор

Кротовые норы, допускающие быстрое перемещение в другую часть Вселенной или даже совершать путешествия во времени, могут быть не только возможны, но и стабильны. Об этом говорит новая теория, развитая французским физиком Паскалем Койраном из Высшей нормальной школы в Лионе, применившим для своих вычислений модифицированную метрику Эддингтона — Финкельштейна. Его статья, появившаяся в октябре в базе данных препринтов arXiv.org, планируется к публикации в ближайшем выпуске Journal of Modern Physics D.

Возможность существования кротовых нор, или пространственно-временных туннелей, проколов в метрике, позволяющих быстро преодолевать практически любые расстояния, была предсказана на основе Общей теории относительности Эйнштейна. По-английски их именуют «червоточины» (wormholes), это название в 1956 году ввел в оборот Джон Уилер, которому наука обязана также термином «черная дыра».

До нового исследования физика Паскаля Койрана было широко распространено мнение, что для поддержания «червоточины» в открытом состоянии потребуется некая теоретическая экзотическая материя, поскольку иначе туннель быстро исчезнет после его создания без силы, удерживающей его от «схлопывания».

«Никто не знает, с чего начать, и можно ли сделать червоточину в реальности, но думать о них довольно забавно, и они отлично подойдут для исследования нашей огромной Вселенной»,

— пояснила в своем комментарии для газеты Daily Express австралийский астрофизик Ханна Миддлтон из Мельбурнского университета.

«Цунами гравитационных волн»: ученые открыли новые слияния черных дыр

Ученые сообщили о 35 новых открытиях слияний черных дыр и нейтронных звезд с помощью наблюдений…

08 ноября 12:08

Обычно проблема построения кротовых нор заключается в том, чтобы подобрать такую конфигурацию материи и энергии, чтобы это позволило сформировать стабильный туннель, пропускающий не только отдельные частицы, но и крупные тела. К тому же кротовые норы, «построенные» обычным способом в рамках Общей теории относительности, оказывались фактически непроходимыми. Входы в такие кротовые норы скрываются за горизонтом событий, который остается для нас непреодолимым препятствием. Это означает, что если человек даже попадет в такую кротовую нору, то выбраться из нее уже не сможет.

Другая проблема связана с тем, что макроскопические кротовые норы могут оказаться очень нестабильными — если даже одиночный фотон или другая легкая частица попадает в горловину, то вся червоточина неминуемо разрушится, прежде чем эта частица успеет дойти до конечной точки. Считалось, что для стабилизации кротовой норы необходимо создавать ее из экзотической материи, обладающей свойством отрицательной энергии, что опять же в рамках обычных теорий достижимо пока лишь в микроскопических квантовых масштабах.

Новая теория противоречит предыдущим предсказаниям о том, что все эти образования должны мгновенно схлопываться и дает шанс на построение стабильных кротовых нор. Вся разница тут в небольших отличиях математических теорий, используемых для описания таких червоточин, которые в конечном итоге кардинально меняют общую картину их поведения.

Хотя основные правила общей теории относительности неизменны, теория предоставляет большую свободу для математического описания координат перемещающихся объектов — физики именуют эти разные описания «метриками». Различные метрики можно представить как разные способы описания того, как добраться до того или иного пункта назначения — руководствуясь, скажем, широтой и долготой по спутниковому навигатору или какими-то относительными ориентирами вроде названий улиц.

Точно так же физики могут использовать разные метрики для описания одной и той же ситуации, и иногда одна метрика бывает более полезна, чем другая. Когда дело доходит до черных дыр и кротовых нор, тут есть несколько потенциальных возможностей описания их поведения. Самая известная метрика Шварцшильда, названная в честь немецкого физика и астронома Карла Шварцшильда, позволила впервые описать свойства черных дыр, однако описывая «маршруты» движения через кротовые норы с помощью этой метрики, физики сталкиваются с трудностями на определенной дистанции от объекта, определяемой как радиус Шварцшильда, или горизонт событий. Разрушение метрики, происходящее в таких случаях, не позволяет корректно описывать разные точки в пространстве-времени.

Есть, впрочем, и альтернатива — еще одна метрика, называемая метрикой Эддингтона — Финкельштейна, которая описывает, что происходит с частицами, когда они достигают горизонта событий: они проходят сквозь черную дыру и падают в нее, чтобы никогда больше не появиться в прежнем мире. Одним из преимуществ этой системы координат считается то, что особенности на радиусе Шварцшильда она трактует всего лишь как координатные сингулярности, а не истинно физические. Но причем здесь кротовые норы? Дело в том, что самый «простой» способ построить кротовую нору — это «расширить» «обычную» черную дыру, соединив ее с противоположной, «зеркальной» сущностью, «белой дырой». Эта идея была впервые предложена Альбертом Эйнштейном и Натаном Розеном, поэтому кротовые норы иногда называют также «мостами Эйнштейна — Розена». В то время как черные дыры ничего не выпускают наружу, «белые дыры» никогда ничего не пропускают внутрь себя. Это и позволяет в итоге соорудить кротовую нору, туннель через пространство-время.

Если теоретически кротовую нору можно создать, то возникает вопрос: что произойдет, если кто-то все же попытается сквозь нее пройти? Стандартный ответ заключается в том, что сами по себе «белые дыры» нестабильны (и, вероятно, даже не существуют), а экстремальные силы внутри червоточины заставляют ее растягиваться и искажаться в момент ее образования.

Избегать дутых сенсаций: в NASA придумали, как правильно рассказывать об инопланетянах

Ученые NASA призвали научное сообщество к внедрению нового способа информирования научной общественности…

03 ноября 17:23

Но Эйнштейн и Розен строили свою кротовую нору с помощью обычной метрики Шварцшильда, и большинство исследователей проблем построения кротовых нор используют ту же метрику. Поэтому физик Паскаль Койран из Ecole Normale Supérieure de Lyon во Франции попробовал нечто иное: вместо этого он использовал метрику Эддингтона — Финкельштейна.

Койран обнаружил, что, используя эту метрику, можно легко проследить путь частицы через гипотетическую кротовую нору. Выяснилось, что частица может пересечь горизонт событий, войти в туннель кротовой норы и уйти через другую «горловину», и все это за конечный промежуток времени. Метрика Эддингтона — Финкельштейна не дает сбоев ни на одном этапе этой траектории.

«Хорошо известно, что пробная масса, падающая в черную дыру, не достигает горизонта событий ни при каком конечном значении параметров в рамках метрики Шварцшильда, — говорится в исследовании. — Напротив, мы показываем, что горизонт событий достигается при конечном значении переменной времени в рамках метрики Эддингтона — Финкельштейна».

Означает ли это, что «мосты Эйнштейна — Розена» действительно устойчивы? Не совсем. Общая теория относительности говорит только о поведении гравитации, но не о других силах природы. Термодинамика, описывающая свойства макроскопических систем, свидетельствует о том, что белые дыры нестабильны. И если физики попытаются создать комбинацию черной дыры и белой дыры в реальной Вселенной, используя реальные материалы, то, согласно таким вычислениям, разнонаправленные силы разорвут всю эту конструкцию на части.

Тем не менее результат Койрана все равно интересен, потому что он указывает на то, что червоточины не так катастрофичны, как это казалось прежде, могут существовать стабильные пути через туннели кротовых нор — и это полностью разрешимо в рамках общей теорией относительности.

Черные дыры и кротовые норы: можно ли построить тоннель в другую Вселенную

https://ria. ru/20190726/1556868028.html

Черные дыры и кротовые норы: можно ли построить тоннель в другую Вселенную

Черные дыры и кротовые норы: можно ли построить тоннель в другую Вселенную — РИА Новости, 26.07.2019

Черные дыры и кротовые норы: можно ли построить тоннель в другую Вселенную

Черные дыры и кротовые норы давно стали привычным атрибутом многих фантастических фильмов и сериалов, в которых космические путешественники используют их для… РИА Новости, 26.07.2019

2019-07-26T03:00

наука

национальный исследовательский ядерный университет «мифи»

балтийский федеральный университет

космос — риа наука

навигатор абитуриента

университетская наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155680/28/1556802812_0:36:1152:684_1920x0_80_0_0_c44a0dd2bede4d50ea19c22386c9d474.jpg

Черные дыры и кротовые норы давно стали привычным атрибутом многих фантастических фильмов и сериалов, в которых космические путешественники используют их для мгновенных перемещений по Вселенной. Что такое черные дыры и кротовые норы, насколько правдоподобны путешествия сквозь время и пространство? Какую невероятную правду показывают в фантастических фильмах? Об этом РИА Новости рассказали российские физики из университетов «Проекта 5-100».Что такое черная дыра?Черной дырой физики называют область пространства-времени со столь сильной гравитацией, что никакая материя, энергия или информация (включая свет) не может покинуть данную область, однажды в нее попав. Черная дыра ограничена в пространстве горизонтом событий: границей черной дыры, за пределы которой не может вырваться никакой объект или излучение. Таким образом, наблюдатели, находящиеся вне черной дыры, не могут получить никакой информации о том, что делается внутри нее.Согласно общей теории относительности, геометрия черных дыр описывается уравнениями Эйнштейна, связывающими между собой метрику искривленного пространства-времени со свойствами заполняющей его материи, а гравитация – это проявление кривизны пространства-времени, сообщил профессор Учебно-научного института гравитации и космологии Российского университета дружбы народов (РУДН) Кирилл Бронников. «Ученые теоретически описали много разновидностей черных дыр. Они различаются наличием или отсутствием вращения, электрического заряда и других возможных параметров. Считается, что черные дыры могут возникать при сжатии достаточно массивных звезд на конечной стадии их эволюции или при флуктуациях сверхплотной материи в ранней Вселенной», — рассказал он.По его словам, увидеть черную дыру нельзя, так как внешний наблюдатель не может получать какую-либо информацию напрямую с горизонта событий. Поэтому черная дыра может проявлять себя лишь косвенно — по искривлению проходящих рядом лучей света, по электромагнитному излучению от падающей в нее окружающей материи, и т.д. Ученым до сих пор непонятно, что представляют собой внутренние области черных дыр, скрытые под горизонтом событий. Согласно большинству моделей черных дыр в общей теории относительности, в них должны быть «сингулярности» – точки, линии или поверхности с бесконечно большими значениями кривизны пространства-времени, а также плотности и давления вещества. Однако многие исследователи считают, что в реальности этого быть не может. «Здесь мы сталкиваемся с границей применимости наших классических представлений о пространстве-времени и вступаем в неизведанную область не построенной пока еще квантовой теории гравитации», — отметил Кирилл Бронников.Он рассказал о возможности существования еще одного вида черной дыры – так называемой «черной вселенной». Со стороны она может выглядеть как любая другая черная дыра. Однако проникший внутрь нее наблюдатель, пересекая горизонт событий, попадает не в сингулярность, а в новую расширяющуюся вселенную. В поисках черных дырВ начале 2019 года завершилась наблюдательная программа наземно-космического интерферометра «Радиоастрон», с разрешением в несколько тысяч раз выше, чем у знаменитого космического телескопа «Хаббл». «Радиоастрон» — это несколько десятков мощнейших наземных радиотелескопов и космическая обсерватория, соединенные при помощи специальных алгоритмов в виртуальную «тарелку» диаметром значительно больше нашей планеты. «Радиоастрон» позволил российским астрономам обнаружить четкие наблюдательные указания на существование в центре галактики OJ287 в созвездии Рака пары сверхмассивных черных дыр, которые вращаются на небольшом расстоянии друг от друга, сообщил руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной Московского физико-технического института (МФТИ) Юрий Ковалев.»Наши наблюдения хорошо соответствуют предсказаниям модели двойной черной дыры в OJ287. В будущем, с помощью наземно-космического интерферометра «Миллиметрон», мы планируем изучать на более коротких длинах волн тени и окрестности черных дыр в нашей и других галактиках. Это также поможет проверить теоретические представления о существовании других объектов — «кротовых нор»», — рассказал он.Тоннели в другие измерения»Кротовые норы» (английский эквивалент названия – wormholes, или червоточины) – самые интригующие объекты Вселенной, о существовании которых спорят ученые. Это конфигурации пространства-времени в виде своеобразных тоннелей между удаленными областями нашей Вселенной или даже между разными вселенными. «Кротовые норы родственны черным дырам, поскольку представляют собой локализованные объекты с достаточно сильной гравитацией и кривизной пространства. Но, в отличие от черных дыр, они не имеют «ловушки» — горизонта событий, потому теоретически допускают не только «вход», но и «выход». То есть, их можно пройти насквозь и вернуться», — рассказал профессор Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ) Сергей Рубин.Несмотря на то, что кротовые норы не противоречат общей теории относительности и предсказываются некоторыми космологическим теориями, реальные кандидаты на роль таких объектов до сих пор неизвестны. Кроме того, кротовые норы подразумевают весьма нетипичную геометрию пространства-времени, для поддержания которой требуется материя с экзотическими свойствами (например, с отрицательной плотностью энергии). «Открытие кротовых нор в природе или их создание в лаборатории означало бы настоящий переворот в физике пространства-времени», — подчеркнул ученый.Сергей Рубин не разделяет уверенности астронома Хайно Фальке в том, что недавние снимки «тени» черной дыры в центре галактики М87, полученные в проекте Event Horizons Telescope, могут подтверждать существование тоннелей в структуре пространства-времени. Для окончательных выводов не хватает точности измерений.Вместе с тем, теоретические представления об этих объектах помогают ученым глубже понять природу пространства-времени и гравитации. Как пролезть в кротовую нору?Не все фантастические фильмы о тоннелях в другие измерения далеки от современных научных теорий, считает профессор Балтийского федерального университета имени И. Канта (БФУ) Артем Юров.»В фильме «Интерстеллар» сведения о чёрных дырах и дополнительных пространствах соответствуют научным представлениям. Это не удивительно, ведь научным консультантом фильма был нобелевский лауреат, специалист в области физики черных дыр Кип Торн. Именно он вдохнул новую жизнь в идеи о существования кротовых нор», — рассказал он.По мнению Артема Юрова, хотя кротовые норы и разрешены законами физики, они не могут возникнуть сами. Однако их могла бы построить чрезвычайно развитая в техническом и научном плане цивилизация. «Этому не надо удивляться, в конце концов, автомобиль Тойота тоже не может появиться спонтанно, даже если ждать десятки миллиардов лет — его надо сделать», — считает он. Сегодня физики думают о возможности образования кротовых нор, которые не распадаются быстро, а также о том, как сделать их достаточно большими для того, чтобы там поместились и не разрушились хотя бы молекулы.»Гипотетически возможно отправить геном человека через кротовую нору. Согласно расчетам, существуют и воронки в дополнительные измерения, но они пока совсем маленькие, 10 в минус 31 степени сантиметров», – рассказал Сергей Рубин.По мнению ученого, через кротовую нору гипотетически возможно в будущем переслать человечество из умирающей Вселенной в другую, только начинающую жить. Для этого необязательно посылать туда человека физически – можно отправить туда информацию, на основе которой в новой Вселенной наша цивилизация восстановится самостоятельно.

https://ria.ru/20180730/1525380133.html

https://ria.ru/20190405/1552405898.html

https://na.ria.ru/20160412/1409108108.html

https://na.ria.ru/20181113/1532625777.html

РИА Новости

4.7

internet-group@rian. ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155680/28/1556802812_97:0:1057:720_1920x0_80_0_0_c4766517498ae8ce76f632b6c68a9325.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

национальный исследовательский ядерный университет «мифи», балтийский федеральный университет, космос — риа наука, навигатор абитуриента, университетская наука

Наука, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Балтийский федеральный университет, Космос — РИА Наука, Навигатор абитуриента, Университетская наука

Что такое черная дыра?

Черной дырой физики называют область пространства-времени со столь сильной гравитацией, что никакая материя, энергия или информация (включая свет) не может покинуть данную область, однажды в нее попав. Черная дыра ограничена в пространстве горизонтом событий: границей черной дыры, за пределы которой не может вырваться никакой объект или излучение. Таким образом, наблюдатели, находящиеся вне черной дыры, не могут получить никакой информации о том, что делается внутри нее.

30 июля 2018, 09:00Наука

Ученые: наша Вселенная может погибнуть в любой момент

Согласно общей теории относительности, геометрия черных дыр описывается уравнениями Эйнштейна, связывающими между собой метрику искривленного пространства-времени со свойствами заполняющей его материи, а гравитация – это проявление кривизны пространства-времени, сообщил профессор Учебно-научного института гравитации и космологии Российского университета дружбы народов (РУДН) Кирилл Бронников.

«Ученые теоретически описали много разновидностей черных дыр. Они различаются наличием или отсутствием вращения, электрического заряда и других возможных параметров. Считается, что черные дыры могут возникать при сжатии достаточно массивных звезд на конечной стадии их эволюции или при флуктуациях сверхплотной материи в ранней Вселенной», — рассказал он.

По его словам, увидеть черную дыру нельзя, так как внешний наблюдатель не может получать какую-либо информацию напрямую с горизонта событий. Поэтому черная дыра может проявлять себя лишь косвенно — по искривлению проходящих рядом лучей света, по электромагнитному излучению от падающей в нее окружающей материи, и т.д.

5 апреля 2019, 03:56Наука

Ученые создали сверхбыстрый робот-микроскоп для поиска темной материи

Ученым до сих пор непонятно, что представляют собой внутренние области черных дыр, скрытые под горизонтом событий. Согласно большинству моделей черных дыр в общей теории относительности, в них должны быть «сингулярности» – точки, линии или поверхности с бесконечно большими значениями кривизны пространства-времени, а также плотности и давления вещества. Однако многие исследователи считают, что в реальности этого быть не может.

«Здесь мы сталкиваемся с границей применимости наших классических представлений о пространстве-времени и вступаем в неизведанную область не построенной пока еще квантовой теории гравитации», — отметил Кирилл Бронников.

Он рассказал о возможности существования еще одного вида черной дыры – так называемой «черной вселенной». Со стороны она может выглядеть как любая другая черная дыра. Однако проникший внутрь нее наблюдатель, пересекая горизонт событий, попадает не в сингулярность, а в новую расширяющуюся вселенную.

В поисках черных дыр

В начале 2019 года завершилась наблюдательная программа наземно-космического интерферометра «Радиоастрон», с разрешением в несколько тысяч раз выше, чем у знаменитого космического телескопа «Хаббл». «Радиоастрон» — это несколько десятков мощнейших наземных радиотелескопов и космическая обсерватория, соединенные при помощи специальных алгоритмов в виртуальную «тарелку» диаметром значительно больше нашей планеты.

«Радиоастрон» позволил российским астрономам обнаружить четкие наблюдательные указания на существование в центре галактики OJ287 в созвездии Рака пары сверхмассивных черных дыр, которые вращаются на небольшом расстоянии друг от друга, сообщил руководитель лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной Московского физико-технического института (МФТИ) Юрий Ковалев.

1 из 8

«Радиоастрон» — проект наземно-космической радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, в котором участвуют наземные радиообсерватории разных стран совместно с российским космическим радиотелескопом КРТ-10 на борту спутника «Спектр-Р».

На фото: российский космический радиотелескоп «Радиоастрон» перед накаткой головного обтекателя ракеты-носителя

2 из 8

Разработка проекта космического радиотелескопа «Радиоастрон» была начата еще в СССР, но производству и запуску помешали события связанные с распадом страны.

На фото: Северное сияние в окрестностях реки Ура Мурманской области

3 из 8

В 2000-е годы ХХI века ученые и инженеры Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук провели значительный пересмотр проекта, учитывая самые последние достижения науки и техники.

На фото: элемент российского космического радиотелескопа «Радиоастрон»

4 из 8

Старт космического аппарата «Спектр-Р» с 10-метровым космическим радиотелескопом на борту состоялся в июле 2011 года с космодрома Байконур.

На фото: установка ракеты-носителя «Зенит-2SБ» на стартовом комплексе космодрома «Байконур»

5 из 8

Длительность одного витка «Спектр-Р» на околоземной орбите составляла 6 суток. Для постоянной работы проекту требовались две наземные станции управления и приема научных данных на разных полушариях.

На фото: художественное изображение космического радиотелескопа «Спектр-Р»

6 из 8

С восточного полушария связь поддерживалась 22-метровым радиотелескопом (РТ-22) Пущинской радиоастрофизической обсерватории в Московской области. В западном полушарии связь и прием информации обеспечивался через 43-метровый радиотелескоп американской обсерватории Грин Бэнк.

На фото: Радиотелескоп-22 (РТ-22)

7 из 8

Список научных достижений «Радиоастрон» довольно широк. Среди прочего в нем есть и открытия, которые в ближайшее время могут полностью поменять представления о том, как возникают и живут галактики и как работают самые беспокойные и большие их обитатели — сверхмассивные черные дыры.

На фото: пара сверхмассивных черных дыр в центре галактики OJ 287

8 из 8

За время работы проекта изучено 250 объектов Вселенной, проведены десятки экспериментов по измерению эффекта гравитационного замедления времени и тем самым осуществлена проверка эйнштейновского принципа эквивалентности и общей теории относительности.

На фото: художественное изображение наземно-космического интерферометра «Миллиметрон»

1 из 8

2 из 8

На фото: Северное сияние в окрестностях реки Ура Мурманской области

3 из 8

На фото: элемент российского космического радиотелескопа «Радиоастрон»

4 из 8

На фото: установка ракеты-носителя «Зенит-2SБ» на стартовом комплексе космодрома «Байконур»

5 из 8

На фото: художественное изображение космического радиотелескопа «Спектр-Р»

6 из 8

На фото: Радиотелескоп-22 (РТ-22)

7 из 8

На фото: пара сверхмассивных черных дыр в центре галактики OJ 287

8 из 8

На фото: художественное изображение наземно-космического интерферометра «Миллиметрон»

«Наши наблюдения хорошо соответствуют предсказаниям модели двойной черной дыры в OJ287. В будущем, с помощью наземно-космического интерферометра «Миллиметрон», мы планируем изучать на более коротких длинах волн тени и окрестности черных дыр в нашей и других галактиках. Это также поможет проверить теоретические представления о существовании других объектов — «кротовых нор»», — рассказал он.

Тоннели в другие измерения

«Кротовые норы» (английский эквивалент названия – wormholes, или червоточины) – самые интригующие объекты Вселенной, о существовании которых спорят ученые. Это конфигурации пространства-времени в виде своеобразных тоннелей между удаленными областями нашей Вселенной или даже между разными вселенными.

«Кротовые норы родственны черным дырам, поскольку представляют собой локализованные объекты с достаточно сильной гравитацией и кривизной пространства. Но, в отличие от черных дыр, они не имеют «ловушки» — горизонта событий, потому теоретически допускают не только «вход», но и «выход». То есть, их можно пройти насквозь и вернуться», — рассказал профессор Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ) Сергей Рубин.

Несмотря на то, что кротовые норы не противоречат общей теории относительности и предсказываются некоторыми космологическим теориями, реальные кандидаты на роль таких объектов до сих пор неизвестны. Кроме того, кротовые норы подразумевают весьма нетипичную геометрию пространства-времени, для поддержания которой требуется материя с экзотическими свойствами (например, с отрицательной плотностью энергии).

12 апреля 2016, 16:30Инфографика

Путешествия во времени: что мы об этом знаемВыход романа Герберта Уэллса сделал машину времени одним из «столпов» научной фантастики. Инфографика ria.ru рассказывает, какие теории о путешествии во времени выдвигались учеными в разные годы.

«Открытие кротовых нор в природе или их создание в лаборатории означало бы настоящий переворот в физике пространства-времени», — подчеркнул ученый.

Сергей Рубин не разделяет уверенности астронома Хайно Фальке в том, что недавние снимки «тени» черной дыры в центре галактики М87, полученные в проекте Event Horizons Telescope, могут подтверждать существование тоннелей в структуре пространства-времени. Для окончательных выводов не хватает точности измерений.

Вместе с тем, теоретические представления об этих объектах помогают ученым глубже понять природу пространства-времени и гравитации.

Как пролезть в кротовую нору?

Не все фантастические фильмы о тоннелях в другие измерения далеки от современных научных теорий, считает профессор Балтийского федерального университета имени И. Канта (БФУ) Артем Юров.

«В фильме «Интерстеллар» сведения о чёрных дырах и дополнительных пространствах соответствуют научным представлениям. Это не удивительно, ведь научным консультантом фильма был нобелевский лауреат, специалист в области физики черных дыр Кип Торн. Именно он вдохнул новую жизнь в идеи о существования кротовых нор», — рассказал он.

По мнению Артема Юрова, хотя кротовые норы и разрешены законами физики, они не могут возникнуть сами. Однако их могла бы построить чрезвычайно развитая в техническом и научном плане цивилизация.

«Этому не надо удивляться, в конце концов, автомобиль Тойота тоже не может появиться спонтанно, даже если ждать десятки миллиардов лет — его надо сделать», — считает он.

13 ноября 2018, 09:04Наука

Проект ФЕНИКС: как изучают «суп», в котором «заварилась» наша Вселенная

Сегодня физики думают о возможности образования кротовых нор, которые не распадаются быстро, а также о том, как сделать их достаточно большими для того, чтобы там поместились и не разрушились хотя бы молекулы.

«Гипотетически возможно отправить геном человека через кротовую нору. Согласно расчетам, существуют и воронки в дополнительные измерения, но они пока совсем маленькие, 10 в минус 31 степени сантиметров», – рассказал Сергей Рубин.

По мнению ученого, через кротовую нору гипотетически возможно в будущем переслать человечество из умирающей Вселенной в другую, только начинающую жить. Для этого необязательно посылать туда человека физически – можно отправить туда информацию, на основе которой в новой Вселенной наша цивилизация восстановится самостоятельно.

Что такое теория червоточин? | Космос

Червоточины — это гипотетические мосты через пространство-время.
(Изображение предоставлено Гетти)

Теория червоточин постулирует, что теоретический проход через пространство-время может создать короткие пути для дальних путешествий по вселенной. Червоточины предсказаны общей теорией относительности. Но будьте осторожны: червоточины несут с собой опасность внезапного коллапса, высокой радиации и опасного контакта с экзотической материей.

Теория червоточин

Теория червоточин впервые появилась в 1916, хотя в то время их так не называли. Изучая решение другого физика уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна, австрийский физик Людвиг Фламм понял, что возможно другое решение. Он описал «белую дыру», теоретическое обращение времени черной дыры. Входы как в черные, так и в белые дыры могут быть соединены пространственно-временным каналом.

В 1935 году Эйнштейн и физик Натан Розен использовали общую теорию относительности для развития идеи, предполагая существование «мостов» через пространство-время. Эти мосты соединяют две разные точки в пространстве-времени, теоретически создавая кратчайший путь, который может сократить время и расстояние в пути. Обратные пути стали называть мостами Эйнштейна-Розена или червоточинами.

«На данный момент все это очень гипотетично», — сказал Стивен Хсу, профессор теоретической физики в Орегонском университете, нашему дочернему сайту LiveScience . «Никто не думает, что мы найдем червоточину в ближайшее время».

Червоточины содержат два входа, с горлом, соединяющим их, согласно статье, опубликованной в Журнале физики высоких энергий (2020). Рты, скорее всего, были бы сфероидальными. Горло может быть прямым участком, но оно также может извиваться, занимая более длинный путь, чем может потребоваться более традиционный маршрут.

Общая теория относительности Эйнштейна математически предсказывает существование червоточин, но пока ни одна из них не обнаружена. Червоточину с отрицательной массой можно обнаружить по тому, как ее гравитация влияет на проходящий мимо свет.

Некоторые решения общей теории относительности допускают существование червоточин, устье каждой из которых представляет собой черную дыру. Однако естественная черная дыра, образовавшаяся в результате коллапса умирающей звезды, сама по себе не создает червоточину.

Через червоточину

Научная фантастика полна историй о путешествиях через червоточины . Но реальность такого путешествия более сложна, и не только потому, что мы еще не заметили его.

Первая проблема — размер. Предполагается, что первичные червоточины существуют на микроскопическом уровне, примерно 10 ^–33 сантиметров. Однако по мере расширения Вселенной возможно, что некоторые из них растянулись до больших размеров.

Вселенная начала расширяться сразу после Большого Взрыва. (Изображение предоставлено Гетти)

Еще одна проблема связана со стабильностью. Предсказанные червоточины Эйнштейна-Розена были бы бесполезны для путешествий, потому что они быстро разрушаются.

«Чтобы стабилизировать червоточину, вам понадобится какой-то очень экзотический тип материи, — сказал Хсу, — и неясно, существует ли такая материя во Вселенной».

Статьи по теме

Но более поздние исследования показали, что червоточина, содержащая «экзотическую» материю, может оставаться открытой и неизменной в течение более длительных периодов времени.

Экзотическая материя, которую не следует путать с темной материей или антиматерией, содержит отрицательную плотность энергии и большое отрицательное давление. Такая материя была замечена только в поведении определенных состояний вакуума в рамках квантовой теории поля.

Если бы червоточина содержала достаточное количество экзотической материи, естественной или искусственно добавленной, ее теоретически можно было бы использовать в качестве метода отправки информации или путешественников в космосе, согласно Live Science . К сожалению, человеческие путешествия по космическим туннелям могут оказаться сложными.

«Присяжных нет, поэтому мы просто не знаем», — сказал Space.com физик Кип Торн, один из ведущих мировых авторитетов в области теории относительности, черных дыр и червоточин. «Но есть очень веские признаки того, что червоточины, через которые может путешествовать человек, запрещены законами физики. Это печально, это прискорбно, но это то направление, в котором все указывает».

Как работают червоточины?

Червоточины могут не только соединять два отдельных региона во вселенной, они также могут соединять две разные вселенные. Точно так же некоторые ученые предположили, что если одно устье червоточины перемещается определенным образом, это может позволить путешествовать во времени.

«Вы можете отправиться в будущее или в прошлое, используя проходимые червоточины», — сказал LiveScience астрофизик Эрик Дэвис . Но это будет непросто: «Потребуются геркулесовы усилия, чтобы превратить червоточину в машину времени. Это будет достаточно сложно, чтобы создать червоточину».

Однако британский космолог Стивен Хокинг утверждал, что такое использование невозможно.

«Червоточина на самом деле не способ вернуться в прошлое, это кратчайший путь, так что то, что было далеко, становится намного ближе», — сказал Эрик Кристиан из НАСА .

Хотя добавление экзотической материи в червоточину может стабилизировать ее до такой степени, что пассажиры-люди смогут безопасно проходить через нее, все же существует вероятность того, что добавления «обычной» материи будет достаточно, чтобы дестабилизировать портал.

Современные технологии недостаточны для увеличения или стабилизации червоточин, даже если их удастся найти. Тем не менее, ученые продолжают изучать эту концепцию как метод космических путешествий в надежде, что технологии в конечном итоге смогут их использовать.

«Вам понадобятся супер-супер-продвинутые технологии», — сказал Сюй. «Люди не будут делать этого в ближайшем будущем».

Дополнительные ресурсы

Какая из теорий Альберта Эйнштейна оказалась верной? Прочтите статью НАСА о 10 вещах, которые Эйнштейн сделал правильно (откроется в новой вкладке), чтобы узнать. Чтобы увидеть представление художника о червоточине, посмотрите этот короткий отрывок из фильма ESA «15 Years of Discovery ».

Библиография

«Червоточины, через которые можно пройти с помощью фантомной энергии». Физический обзор D (2005). https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.71.084011 (открывается в новой вкладке)

«Червоточины в пространстве-времени и их использование для межзвездных путешествий». Американский журнал физики (1987). https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.15620 (открывается в новой вкладке)

«Общая теория относительности». Значение относительности (1922). https://link.springer.com/chapter/10 (откроется в новой вкладке)

«Многоротовые проходные червоточины». Журнал физики высоких энергий (2020 г.) https://www.researchgate.net/publication/347125665_Multi-mouth_Traversable_Wormholes (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Нола Тейлор Тиллман — автор статей для Space.com. Она любит все, что связано с космосом и астрономией, и наслаждается возможностью узнать больше. Она имеет степень бакалавра английского языка и астрофизики в колледже Агнес Скотт и проходила стажировку в журнале Sky & Telescope. В свободное время она обучает своих четверых детей дома. Подпишитесь на нее в Твиттере @NolaTRedd

Что такое теория червоточин? | Космос

Червоточины — это гипотетические мосты через пространство-время.
(Изображение предоставлено Гетти)

Теория червоточин

Червоточины были впервые предложены в 1916 году, хотя в то время их так не называли. Изучая решение другого физика уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна, австрийский физик Людвиг Фламм понял, что возможно другое решение. Он описал «белую дыру», теоретическое обращение времени черной дыры. Входы как в черные, так и в белые дыры могут быть соединены пространственно-временным каналом.