Кротовые норы: существуют ли они на самом деле

Современные исследования и моделирование продолжают изучать концепцию кротовых нор, стремясь понять, могут ли они быть более чем математическими абстракциями. «‎Рамблер» разобрался, возможно ли их использование для межзвездных путешествий.

Кротовые норы, также известные как мосты Эйнштейна-Розена, представляют собой гипотетические структуры в пространстве-времени, которые служат своего рода туннелями, соединяющими две удаленные области Вселенной. Эти структуры возникли из решений уравнений Эйнштейна, представленных в 1935 году, когда ученые попытались представить, как могла бы выглядеть связь между двумя далекими точками пространства и времени через «кривое» пространство-время.

В теории относительности, пространство-время подвержено искривлению под действием массы и энергии, и кротовые норы представляют собой такие «изогнутые» участки, которые обеспечивают возможный переход из одного региона Вселенной в другой. Однако, несмотря на теоретическую возможность их существования, есть множество факторов, которые ставят под сомнение реальное воспроизведение таких объектов, например, необходимость в экзотической материи для их стабильности.

Математическое описание кротовых нор связано с решением уравнений Эйнштейна для гравитации, которые предсказывают существование таких структур в рамках общей теории относительности. В 1988 году ученые Моррис и Торн предложили модель проходимой кротовой норы, которая соединяет два асимптотически плоских пространства, характеризующихся различными пространственно-временными регионами. Они использовали так называемую метрику, описывающую сферически симметричную кротовую нору.

Как космический мусор угрожает Земле

Оказалось, что для того, чтобы кротовая нора оставалась открытой и проходимой, ее радиус должен быть больше определенного минимального значения, которое, в свою очередь, зависит от массы и энергии, содержащихся в ней. Однако, чтобы эта нора не схлопнулась под действием гравитации, необходимо наличие экзотической материи, которая имеет отрицательную плотность энергии.

Экзотическая материя нарушает обычные условия энергии, такие как условия энергии с нулевой плотностью (NEC), что остается проблемой для реальной реализации стабильных кротовых нор. Даже с помощью сложных математических моделей и симуляций остается неясным, можно ли создать или обнаружить такую экзотическую материю в реальной Вселенной. Совсем недавно, в 2023 году, было опубликовано новое исследование, опубликованное в Cornell University, в котором рассматриваются новые подходы к описанию таких объектов.

Одной из важнейших проблем, связанных с концепцией кротовых нор, является необходимость наличия экзотической материи, чтобы кротовая нора оставалась открытой и проходимой. Экзотическая материя представляет собой гипотетическое вещество, обладающее отрицательной плотностью энергии, что позволяет создавать структуру, которая бы не схлопывалась под действием обычной гравитации.

Такая материя необходима для поддержания стабильности кротовых нор и предотвращения их сжижения. Без нее структура кротовой норы будет сжата и недоступна для использования. Экзотическая материя нарушает известные законы физики и, хотя в теории она могла бы существовать, ни одно экспериментальное наблюдение не подтверждает ее наличие в реальной Вселенной.

Так, в «‎Обзоре стабильных, проходимых червоточин в теориях гравитации f(R)», приведенном Cornell University, авторы обсуждают возможные варианты экзотической материи, подходящие для создания стабильных кротовых нор, пытаются найти пути для теоретического описания экзотической материи в рамках существующих законов физики, однако эти попытки остаются на стадии гипотез и теоретических моделей. В частности, существование таких материалов не подтверждается никакими прямыми экспериментами или наблюдениями.

Сегодня ученые активно исследуют кротовые норы как в рамках традиционной теории гравитации, так и в контексте расширенных моделей гравитации. Например, несколько последних исследований рассмотрели возможность существования кротовых нор в контексте f(R) гравитации — модификации общей теории относительности, где гравитационные взаимодействия зависят от функции, зависящей от кривизны пространства-времени.

В этих теориях ученые предполагают, что возможно найти решения, которые описывают стабильные кротовые норы без необходимости в экзотической материи, но при этом такие решения требуют дополнительных предположений и доказательств. Для того чтобы такие теории стали более приемлемыми в научной среде, необходимо продемонстрировать, как они могут быть согласованы с экспериментальными данными, что до сих пор является сложной задачей.

Текущие исследования также касаются использования квантовой теории гравитации, которая могла бы предоставить более точные и надежные предсказания относительно поведения кротовых нор и их возможной реализации в реальной Вселенной. Однако в этом направлении тоже существуют значительные проблемы, такие как отсутствие полной теории квантовой гравитации. Примером таких работ является статья, опубликованная в журнале Quanta, в которой рассматриваются новые подходы к созданию кротовых нор с помощью квантовых технологий.

На сегодняшний день главной проблемой при исследовании кротовых нор является отсутствие экспериментальных доказательств их существования. Все существующие модели кротовых нор остаются гипотетическими и основаны на математических решениях уравнений Эйнштейна, которые не были подтверждены наблюдениями. Даже если кротовые норы существуют, их стабильность и возможность использования для практических целей, таких как путешествия в пространстве и времени, остаются под вопросом.

Одним из возможных путей для дальнейших исследований является попытка найти следы существования кротовых нор через наблюдения космических объектов или гравитационных волн, которые могут сигнализировать о наличии таких аномальных структур. Однако для этого необходимы более совершенные приборы и методы наблюдения, чем те, которые доступны на данный момент. Это поднимает вопросы не только о теоретической состоятельности концепции кротовых нор, но и о том, насколько далеко наука готова зайти в поисках экзотических объектов в космосе.

Таким образом, кротовые норы остаются одной из самых интригующих и загадочных теоретических концепций в физике. Несмотря на то что они представляют собой интересные решения уравнений общей теории относительности, их реальность и возможность практического применения для путешествий во времени и пространстве остаются под вопросом. Необходимы дальнейшие исследования для выяснения, могут ли кротовые норы быть не только математическими абстракциями, но и реальными объектами, которые существуют в нашей Вселенной.

Ранее мы писали, что случится, если столкнутся два галактических ядра.