Микроскопически малые червоточины теоретически возможны

Червоточины (другое название: кротовые норы) являются в многочисленных научно-фантастических фильмах и романах символом бесконечных просторов космоса, играя при этом роль коридоров, сокращающих гигантские расстояния. Однако в реальной физике эти туннели в пространстве-времени до сих пор были чисто гипотетическими структурами. Международная группа физиков представила новую теоретическую модель, которая делает по крайней мере микроскопические червоточины менее экзотическими структурами, чем предыдущие теории.

Микроскопически малые червоточины теоретически возможны

Графическое представление концепции червоточины. © JohnsonMartin (via Pixabay.com) / Pixabay License

2

Как сообщает команда доктора Хосе Луиса Бласкес-Сальседо из Университета Ольденбурга (Германия) в журнале Physical Review Letters, кротовые норы (подобные черным дырам) впервые появились в уравнениях общей теории относительности, которые Альберт Эйнштейн опубликовал в 1916 году. «Важное предположение теории состоит в том, что вселенная имеет четыре измерения — три пространственных измерения и время как четвертое измерение». Вместе же они образуют то, что известно нам как пространство-время. Оно изгибается под воздействием тяжелых объектов, таких как звезды, подобно резиновому коврику, в который погружается металлический шар. Кривизна пространства-времени определяет, как движутся такие объекты, как космические корабли и планеты, а также свет. «Теоретически пространство-время могло бы искривляться и изгибаться даже без тяжелых объектов», — объясняет Бласкес-Сальседо, который уже успел перевестись в испанский университет Комплутенсе в Мадриде.

Согласно пресс-релизу Ольденбургского университета, червоточина представляла бы собой чрезвычайно сильно искривленную область пространства-времени, которая напоминает две соединенные воронки и соединяет два удаленных места, словно туннель. «С математической точки зрения такое сокращение расстояния возможно, но до сих пор никто никогда не наблюдал настоящей червоточины», — говорит Бласкес-Сальседо.

К тому же такая червоточина была бы крайне нестабильной: «Если бы, например, в нее влетел космический корабль, он немедленно спался бы в черную дыру, объект, в котором исчезает материя, и никто никогда больше бы его не увидел. И связь с другими местами во вселенной была бы прервана. Чтобы поддерживать червоточину открытой, предыдущие модели требовали экзотической, исключительно теоретически мыслимой формы материи с отрицательной массой, то есть она должна была бы весить меньше, чем ничего».

Но теперь Бласкес-Сальседо, его коллеги доктор Кристиан Кнолль из Университета Ольденбурга и Ойген Раду из Университета Авейру в Португалии показали в своем исследовании, что червоточины могут быть проходимыми даже без такого допущения.

С этой целью исследователи выбрали сравнительно простой, как они пишут, «полуклассический» подход, и объединили элементы теории относительности с элементами квантовой теории и классической теории электродинамики. В качестве материи, которая должна пройти через червоточину, они рассмотрели определенные элементарные частицы, такие как электроны и их электрический заряд. В качестве математического описания они выбрали уравнение Дирака, формулу, которая описывает вероятность пребывания и поведения частицы в соответствии с квантовой теорией и теорией относительности как «поля Дирака».

В своем исследовании физики сообщают, что именно рассмотрение поля Дирака допускает существование кротовой норы, которую в их модели может пересекать материя: «Необходимым условием является то, что соотношение между электрическим зарядом и массой червоточины должно превышать определенный предел».

Помимо материи, через крошечные туннели в пространстве-времени могут проходить также и сигналы, такие как электромагнитные волны. Как считают исследователи, микроскопические червоточины скорее всего не подходят для межзвездных путешествий. Кроме того, модель требует дальнейшего уточнения, чтобы выяснить, действительно ли могут существовать столь необычные для нашего понимания структуры: «Но мы предполагаем, что червоточины могут существовать и в целостной модели», — не оставляет надежды Бласкес-Сальседо.

Источник