Черные дыры могут оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время

Теория струн и браны Стивена Хокинга

28 июня 2009 года известный на весь мир физик-теоретик Стивен Хокинг организовал, вероятно, самую необычную в мире вечеринку. Весь день он просидел за накрытым столом в комнате, украшенной воздушными шарами – Хокинг явно ждал гостей. Но в гости к ученому так никто и не пришел. Когда день подошел к концу, Хокинг разослал приглашения на праздник. Спустя три года, выступая на очередном научном симпозиуме, он заявил: «У меня есть экспериментальные доказательства того, что путешествие во времени невозможно». И рассказал об этом случае. Оказывается, Хокинг устраивал вечеринку специально для путешественников во времени, однако на нее никто и не явился.

Эксперимент получился забавным, и сам Хокинг неоднократно говорил о том, что, если кто-то подаст заявку на выделение гранта на исследование путешествий во времени, ему тут же откажут, а то и вовсе уволят. Несмотря на это, великий физик не отрицал возможность путешествий во времени и считал, что это очень серьезный вопрос, требующий научного подхода.

Фото: Anthony Devlin/PA Images

Как мы уже отмечали, кротовые норы (если даже они существуют) нестабильны – они возникают буквально на доли секунды, соединяя совершенно разные области пространства-времени, а потом вновь исчезают, и повлиять на это мы не в силах. Чтобы использовать кротовины для перемещений в пространстве и времени, их необходимо, во-первых, стабилизировать, а во-вторых – увеличить в размерах. И то, и другое потребует огромного количества энергии, которым человечество, скорее всего, никогда не будет обладать. Но и здесь ученые нашли лазейку.

Действительно, общая теория относительности никак не сочетается с квантовой физикой, и это является самой большой проблемой современной физики в целом. Чтобы совершать путешествия во времени, нужна другая теория описания Вселенной, которая будет учитывать квантовую природу материи и позволит нам выйти за пределы фундаментальных законов физики. Поиском такой теории, объединяющей квантовую механику с эйнштейновской теорией гравитации, физики занимаются до сих пор. Одним из главных кандидатов на эту роль является известная многим по научно-популярным книгам и фильмам теория струн (или М-теория).

Теоретически с помощью космических струн могут быть образованы поля замкнутых времениподобных кривых, позволяющих путешествовать во времени. Если приблизить одну струну к другой или подвести ее к черной дыре, в теории может образоваться целый массив замкнутых времениподобных кривых. Совершая тщательно рассчитанную «восьмерку» на космическом корабле вокруг двух бесконечно длинных космических струн, в теории можно оказаться где угодно и когда угодно.

Но самая интересная и, пожалуй, главная особенность теории струн состоит в том, что она не работает в трех и даже четырех измерениях: космические струны могут вибрировать только в 10 либо в 26 измерениях. Струна может вибрировать двумя способами – по часовой стрелке и против нее. Вибрируя по часовой стрелке, она занимает 10-мерное пространство, против – 26-мерное. И никакое другое число измерений в математическую модель данной теории не укладывается. Нашему мозгу трудно это постичь, но, как полагают ученые, все измерения, которые находятся за пределами привычных нам, мы просто не можем увидеть – настолько они малы.

Как полагал ученый Эдвард Уиттен из Принстонского университета, развивший теорию струн, материя в форме частиц является ничем иным как модами струны (мода в физике – вид колебаний, возбуждающихся в сложных колебательных системах). Каждой моде вибрации струны соответствует отдельная частица. Ни один электронный микроскоп, даже самый совершенный, не в состоянии передать, что исследуемые нами частицы на самом деле являются тонкой вибрирующей струной. А поскольку струна движется в пространстве-времени, она имеет способность разбиваться на меньшие струны или, объединяясь с другими струнами, образовывать струны большей длины.

Важность теории струн состоит в том, что она одновременно объясняет природу пространства-времени и материи. Некоторые ученые полагают, что, если мы научимся манипулировать космическими струнами – сближать, скручивать и сплетать их, мы сможем управлять и пространством-временем вокруг них

Тогда нам станут доступны полноценные перемещения в прошлое и будущее. Однако, несмотря на математическую строгость и целостность теории струн, экспериментально доказать ее пока невозможно.

Сквозь «кротовины» — к звёздам?

К сожалению, о практическом использовании «кротовых нор» для достижения удалённых космических объектов речь пока не идёт. Их свойства, разновидности, места возможного нахождения пока известны лишь теоретически — хотя, согласитесь, и это уже немало. Ведь мы имеем множество примеров того, как казавшиеся чисто умозрительными построения теоретиков приводили к возникновению новых технологий, в корне менявших жизнь человечества. Атомная энергетика, компьютеры, мобильная связь, генная инженерия… да мало ли что ещё?

Пока же о «кротовых норах», или «червоточинах», известно следующее. В 1935 году Альберт Эйнштейн и американо-израильский физик Натан Розен высказали предположение о существовании своего рода туннелей, соединяющих различные удалённые области пространства. В то время их ещё не называли «червоточинами», или «кротовинами», а просто — «мосты Эйнштейна-Розена». Поскольку для возникновения таких мостов требовалось очень сильное искривление пространства, время их существования было очень коротким. Никто и ничто не успело бы «пробежать» по такому мосту — под влиянием гравитации он почти сразу же «схлопывался».

А стало быть, оставался совершенно бесполезным в практическом смысле, хотя и занятным следствием общей теории относительности.

Однако позднее появились идеи о том, что некоторые межпространственные туннели могут существовать достаточно долгое время — при условии, что они наполнены некоей экзотической материей с отрицательной плотностью энергии. Такая материя будет создавать вместо притяжения гравитационное отталкивание и тем самым препятствовать «охлопыванию» канала. Тогда же появилось и название «червоточина». Кстати, наши учёные предпочитают название «кротовина», или «кротовая нора»: смысл тот же, а звучит гораздо приятнее…

Кротовая нора. Черные дыры Шварцшильда и Райснера-Нордстрема

Черная дыра Шварцшильда может считаться непроходимой кротовой норой. Что касается черной дыры Райснера-Нордстрема, она устроена несколько сложнее, однако также непроходима. Тем не менее придумать и описать четырехмерные кротовые норы в космосе, которые можно было бы пройти, не так уж сложно. Стоит лишь подобрать необходимый вид метрики. Метрический тензор, или метрика, — набор величин, используя который, можно вычислить четырехмерные интервалы, существующие между точками-событиями. Этот набор величин полностью характеризует также и поле тяготения, и геометрию пространства-времени. Геометрически проходимые кротовые норы в космосе даже проще, нежели черные дыры. В них нет горизонтов, которые ведут к катаклизмам с ходом времени. В различных точках время может идти а разном темпе, однако оно не должно при этом бесконечно останавливаться или ускоряться.

Тайны Вселенной

Первая проблема для любого исследователя, решившего изучить червоточину – это найти ее. В то время как, согласно работе Эйнштейна, кротовые норы могут существовать, в реальности не найдено ни одной. В конце концов, может оказаться и так, что существование червоточен запрещено каким-то более глубоким физическим процессом, которому подчиняется Вселенная, но мы этого пока не обнаружили.

Вторая проблема заключается в том, что, несмотря на годы исследований, ученые до сих пор не совсем уверены, как будут работать червоточины. Может ли какая-либо технология когда-либо создать кротовые норы и управлять ими, или же эти гипотетические объекты просто часть Вселенной? Остаются ли они открытыми всегда или их можно пройти только в течение ограниченного времени? И, возможно, самое главное – достаточно ли они стабильны, чтобы позволить человеку путешествовать сквозь них? Ответов на все эти вопросы мы просто не знаем.

Возможно внеземные цивилизации вовсю бороздят вселенную

Но это не значит, что ученые не работают над этим. Несмотря на отсутствие реальных кротовых нор для изучения, исследователи могут моделировать и проверять уравнения Эйнштейна. Так, NASA официально проводило исследования червоточин на протяжении десятилетий, и только в 2019 году команда агентства описала, каким может быть это путешествие.

Эта касалось одной из самых популярных концепций червоточин, причем черные дыры служили в качестве входного отверстия. Но черные дыры, как известно, опасны и могут поглотить любого, кто подойдет слишком близко. Оказывается, однако, что некоторые черные дыры могут позволить объектам проходить через них относительно легко. Это позволило бы путешественнику исследовать пространство за ее пределами и, таким образом, устранить одно из самых больших препятствий для входа в такую червоточину. Но опять же, это только в том случае, если кротовые норы существуют.

Поэтому, пока мы не найдем настоящую червоточину для изучения или не поймем, что они не могут помочь нам исследовать Вселенную, придется все делать по старинке: отправляя ракеты в дальний путь, а наши умы – в воображаемые приключения.

Можно ли путешествовать сквозь кротовую нору?

Физики-теоретики, например Альберт Эйнштейн и Кип Торн, размышляли о существовании этих пространственно-временных порталов на протяжении десятилетий, но до сих пор никто не смог предоставить физических доказательств их существования. Два новых исследования, однако, опубликованные в журнале Physical Review Letters D, предполагают, что червоточины, достаточно безопасные для людей, могут существовать в реальном мире.

Один из главных аргументов против существования червоточин предполагает, что самая узкая часть портала, или горловина, скорее всего, рухнет под тяжестью собственной гравитации. Некоторые теоретики утверждают, что один из способов обойти эту проблему и предотвратить гравитационный коллапс – заполнить червоточину экзотической формой материи с отрицательной массой. Но это решение, увы, чисто теоретическое.

Кротовые норы, возможно, позволят человечеству бороздить космическое пространство.

В первом исследовании международная команда ученых во главе с Хосе Бласкесом-Сальседо из Мадридского университета предложила альтернативный способ предотвращения коллапса хрупкой горловины червоточины – тот, который не нуждается в экзотической материи, чтобы держать червоточину открытой.

Вместо этого их теоретические модели, основанные на размышлениях о возможностях микроскопических червоточин, опираются на три теории, чтобы использовать силу элементарных частиц: теорию относительности, квантовую теорию и электродинамику.

Авторы нового исследования предполагают, что изменение массы и заряда фермионов – фундаментальных строительных блоков материи – может держать космический путь открытым. Однако это будет работать только в том случае, если отношение общего заряда фермионов к общей массе всего, что находится внутри червоточины, будет больше практического предела, установленного ранее черными дырами.

Туннели во времени и пространстве действительно могут существовать.

Но есть подвох: авторы научной работы говорят о микроскопических червоточинах. Они не совсем проходимы для людей, но это, безусловно, важный маленький шаг в новом теоретическом направлении, пишет Popular Mechanics.

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.

Поезд-призрак: начало легенды

14 июля 1911 года с римского железнодорожного вокзала вышел небольшой прогулочный поезд из трёх вагонов. В нём находилось 106 богатых итальянцев. Они въехали в самый длинный в мире туннель (разумеется, на тот момент). С другой стороны поезд не появлялся. Его тщательно осмотрели, но поезда не обнаружили. Зато нашли двоих пассажиров, Валерио Боргезе и некого сеньора Саджино. Они рассказали, что после въезда в туннель поезд окружил странный туман. Они успели выпрыгнуть, остальные пассажиры так и остались в вагонах.

Исследование туннеля и опрос свидетелей завершились. Железнодорожные компании боялись повторения инцидента и закрыли эту ветку для движения. На этом они не успокоились и туннель завалили. Позже в него попала бомба, и ещё раз осмотреть его и найти разгадку невозможно.

На этом история поезда-призрака не закончилась. Его неоднократно видели после исчезновения. 29 октября 1955 года его видели под Балаклавой. Стрелочник Пётр Устименко рассказывал, что поезд шёл по старой ветке, с которой давно сняли рельсы. Шёл он от горы Гасфорта. Любопытно, что в это день взорвался линкор «Новороссийск».

У станции Заваличи Полтавской области Украины 12 августа 1992 года поезд видела дежурная по станции Елена Чебрец. Этим случаем заинтересовался местный исследователь паранормальных явлений Василий Лещатый. Когда поезд-призрак прошёл мимо Заваличей ещё раз, Лещатый прыгнул на подножку поезда. И пропал без вести. Любопытно, что станции Заваличи, равно как и села с таким названием, в Полтавской области нет. Но это объясняется особенностями того времени. Люди не успевали привыкать к быстро меняющимся названиями могли дать старое обозначение места.

Места встречи не случайны

Места встреч с поездом-призраком не случайны. Именно на горе Гасфорта находится итальянское кладбище. Здесь похоронено несколько тысяч итальянцев, погибших в Крымскую войну. И поезд был итальянским. Связь очевидна.

Очень много сообщений о встречах с поездом-призраком приходят из Италии. Так в 1964 году его видел итальянец, отдыхавший с женой неподалёку от заброшенной железнодорожной ветки. По словам мужчины, поезд какое-то время стоял, после тронулся и исчез в тумане. Есть рассказ, что у сеньора Саджино хранилась средневековая летопись, в которой рассказывалось, что «дьявольская повозка» однажды прибыла к воротам одного из монастырей Модены. До наших дней летопись не сохранилась

Осталось понять, как с поездом-призраком связана Украина. Есть легенда, что в одном из вагонов находится палисандровый ларец. В нём лежал череп Гоголя, который, как известно, родился в Полтавской губернии. Известно, что когда в 1931 году проводилось перезахоронение великого писателя, черепа в гробу не было.

Четвертый мир Tedd Deireadh Снежный.

Из мира воды, вы попадете в мир мороза, первоначально перед вами будет ледяная стена, разбить которую можно воспользовавшись знаком Аард. Как только вы выйдите наружу, Геральт заметит маяк в дали, из которого изливается свет. Именно туда вам и нужно попасть.

Вашим главным врагом в этом месте будет ледяной ветер, от него может спасти только знак Квен, и то, лишь на небольшой промежуток времени (если он конечно не прокачан у вас). Используя укрытия, такие как стены и дома, сквозь которые ветер не проникает, вам необходимо добраться до цели. По пути, в одном из домов вам придется сразиться с двумя гончими Дикой охоты 27 уровня.

Оказавшись в маяке, вы встретите Авалакха, именно он решил сделать для вас своеобразный ориентир, который позволил вам встретиться. Присев у костра, вы можете поговорить с эльфом, который готов будет рассказать вам много интересных подробностей, или же сразу отправиться в путь.

Информация может изменить черные дыры

На изображении: горизонт событий черной дыры. Горизонт событий — это область вокруг черной дыры. Если информация или свет попадают в горизонт событий, выбраться оттуда им будет невозможно

В новом исследование ученые изучили проходимую червоточину, используя геометрию пространства-времени, описанную ОТО Альберта Эйнштейна. Результаты показали, что одновременно через червоточину можно было передавать лишь несколько битов информации. Исследователи также обнаружили, что отправка сообщений через червоточину изменит черные дыры.

Дело в том, что посылающая черная дыра будет увеличиваться в массе, а принимающая черная дыра будет уменьшаться с каждым отправленным сообщением. При первом сообщении принимающая черная дыра потеряет около 30% своей массы, а при последующих сообщениях и вовсе исчезнет. Кроме того, каждое последующее сообщение будет уменьшаться в размере, так, что в конечном итоге оно не будет содержать никакой информации.

Головокружительно, не так ли? Конечно, все понимают, что подобные кротовые норы, связывающие между собой вселенные, существуют лишь теоретически. И все же ученые не исключают, что подобные объекты могут существовать или даже быть созданы. Возможно, ими даже могут управлять развитые цивилизации. Как думаете, есть ли такие на просторах Вселенной?

Кротовая нора интерстеллар. Реальна ли кротовая нора в фильме Interstellar?

Научно-фантастические фанаты надеются, что человечество в один прекрасный день сможет отправиться в отдаленные уголки Вселенной через кротовую нору.

Кротовая нора – теоретический туннель через пространство-время, который потенциально позволит быстрее путешествовать между удаленными точками в пространстве – от одной галактике к другой, например, как это было показано в фильме Кристофера Нолана «Interstellar», который вышел в прокат в кинотеатрах по всему миру в начале этого месяца.

В то время как согласно теории общей относительности Эйнштейна существование червоточин возможно, такие экзотические путешествия, вероятно, так и останутся в области научной фантастики, заявил известный астрофизик Кип Торн из Калифорнийского технологического института в Пасадене, который служил в качестве советника и исполнительного продюсера «Interstellar».

«Смысл в том, что мы просто ничего о них не знаем», — сказал Торн, который является одним из ведущих мировых специалистов в области теории относительности, черных дыр и кротовых нор. «Но существуют очень сильные признаки того, что человек по законам физики не сможет путешествовать через них».

«Основная причина связана с нестабильностью кротовых нор», — добавил он. «Стены кротовых нор разрушаются так быстро, что ничто не способно пройти через них».

Удержание червоточин открытыми потребует использование чего-то анти-тяготеющего, а именно отрицательную энергию. Отрицательная энергия была создана в лаборатории с помощью квантовых эффектов: одна область пространства получает энергию другой области, в которой образуется дефицит.

«Так что это в теории возможно», — сказал он. «Но мы никогда не сможем получить достаточно негативной энергии, которая способна будет удерживать стены червоточины открытыми».

Кроме того, червоточины (если они вообще существуют) почти наверняка не могут образоваться естественным образом. То есть, они должны быть созданы с помощью развитой цивилизации.

Это именно то, что и случилось в «Interstellar»: Загадочные существа построили червоточину возле Сатурна, позволив небольшой группе пионеров, во главе с бывшим фермером Купер (роль которого исполняет Мэттью МакКонахи), отправиться в поисках нового дома для человечества, существование которому на Земле угрожает глобальный неурожай.

Лица, заинтересованные в получении дополнительной информации о науке в фильме «Interstellar», где рассматриваются вопросы о гравитационном замедление и изображены несколько чужеродных планет, вращающихся вокруг близко расположенной, могут прочитать новую книгу Торна, которая недвусмысленно называется «Наука из Interstellar».

У кого взять задание «Сквозь время и пространство»

Квест выдается автоматически после разговора с Аваллак’хом. Эльф засел на третьем этаже кабаре «Шалфей и Розмарин», в самых шикарных апартаментах. План он придумал сомнительный: минуя несколько порталов между мирами, им нужно добраться к офицеру дикой охоты и убедить того, что им известна правда о смерти предыдущего эльфийского короля.

Поможет в этом онейромантка Карина Тилли, с который вы уже могли пересекаться в ходе прохождения задания «Сон в большом городе». Сновидящая может показать Ге’эльсу, что на самом деле произошло с королем. Подделать эти видения невозможно.

Сомнительность плана в том, что неизвестно, как поведет себя соратник Эредина. Впрочем, вариантов нет: второй из оставшихся офицеров, Карантир, предан Эредину до фанатизма, и переубедить его отказаться от своего вождя не выйдет.

В уже знакомом доме, который мы видели в задании «Сон в большом городе», открылся портал в один из соседних миров. И хотя Геральт ненавидит порталы, он отправится в путешествие вместе с Аваллак’хом.

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.

Мост Эйнштейна-Розена – участок на изображении, соединяющий два листа пространства-времени.

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.

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.

Призрачная Связь: Червоточины и Квантовый Мир

«Вся кустарная промышленность теоретической физики произрастала из теорий, которые привели к развитию других пространственно-временных методов, производящих описанные причины парадоксов, связанных с машиной времени», — сказал Дэвис. Несмотря ни на что возможность использование червоточины для путешествий во времени привлекает и поклонников фантастики, и желающих изменить свое прошлое. Дэвис считает, основываясь на современных теориях, что для того, чтобы сделать из червоточины машину времени, потоки в одном или обоих концах туннеля необходимо будет ускорить до скоростей, приближающихся к скорости света.

«Исходя из этого, было бы крайне трудно построить машину времени на основе червоточины”, — сказал Дэвис. — » Относительно этого гораздо проще будет использовать червоточины для межзвездных путешествий в космосе».

Другие физики предположили, что путешествия во времени с помощью червоточины могут вызвать массированное наращивание энергии, которая уничтожит тоннель, прежде чем он может быть использован в качестве машины времени — процесс, известный как обратная квантовая реакция. Тем не менее, мечтать о потенциале червоточин по-прежнему весело: «Подумайте о всех возможностях, которые получили бы люди, если бы они обнаружили способ, что они могли бы сделать, если бы могли путешествовать во времени?,» — сказал Дэвис. —  «Их приключения были бы очень интересными, если не сказать больше».