Путешествие по вселенным: астрофизик — о проницаемости «кротовых нор» в искривлённом пространстве-времени

— Ваша научная группа представила теоретические доказательства проходимости для света «кротовых нор» в модели расширяющейся вселенной Фридмана без присутствия в них так называемой экзотической материи. Раньше это считалось невозможным. Что с точки зрения современной науки представляют собой «кротовые норы» и экзотическая материя?

— Как известно, общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна, а также её многочисленные обобщения отождествляют гравитационное поле с кривизной пространства-времени. В обычных условиях эта кривизна очень мала. Но широко известны примеры объектов с очень сильным искривлением — это чёрные дыры и «кротовые норы». «Кротовая нора» — такое искривление пространства, которое можно представить в виде тоннеля, соединяющего какие-то слабо искривлённые области. Эти области могут принадлежать одной вселенной, а могут — разным. 

Также по теме

«Мы вошли в XXI век с двумя чемоданами»: российский астрофизик — об эволюции представлений учёных о Вселенной

Самыми важными событиями в астрофизике за последние десятилетия стали доказательство присутствия во Вселенной тёмной энергии, а также...

В определённом смысле «кротовые норы» устроены проще, чем чёрные дыры: в них нет горизонтов событий, с которых не может вырваться даже свет. Но для существования стабильной «кротовой норы» требуется так называемая экзотическая материя — очень странная субстанция с отрицательной плотностью. Её плотность увеличивается при растяжении — в противоположность обычному веществу. Такая материя пока не найдена ни на Земле, ни в космосе, и «кротовые норы» остаются лишь весьма интересной, но гипотетической возможностью.

— К каким основным выводам вам удалось прийти? 

— Основной вывод — возможность существования «кротовых нор» в расширяющейся Вселенной с самой обычной пылевидной материей, состоящей из невзаимодействующих частиц, вернее взаимодействующих только через гравитационное поле. В роли таких частиц могут выступать, например, звёзды или даже галактики. Однако горловина такой «кротовой норы», то есть самая узкая часть тоннеля, не может существовать особенно долго и схлопывается за время, малое по сравнению со временем жизни Вселенной. Тем не менее она живёт достаточно долго, чтобы через неё успели проскочить фотоны — то есть световое или радиоизлучение — или достаточно быстро движущиеся частицы.

• Искривление пространства-времени
• Gettyimages.ru
• © MARK GARLICK/SPL

Если не требовать постоянного, стабильного существования «кротовой норы», то необходимость в экзотической материи отпадает, а пылевидная материя вполне сохраняет свои обычные свойства и не играет никакой несвойственной ей роли. Эффект возможного временного появления «кротовой норы» в этих условиях зависит, можно сказать, от начальных условий: требуется определённый вид распределения плотности пылевидной материи в начальный момент, а также определённый вид распределения начальных скоростей частиц. Иными словами, чтобы запустить нужный процесс, необходимо обеспечить подходящие для этого начальные условия — аналогично многим другим процессам.

Также по теме

«Можно измерять в метрах»: российский физик — об эффектах замедления и обратного хода времени

Вселенная расширялась с разной скоростью на различных этапах своей эволюции, установить это позволили астрономические наблюдения...

— Верно ли, что обязательным условием для возникновения «кротовых нор» в пространственно-временном континууме является сильнейшее гравитационное воздействие, которое искажает пространство и время?

— Действительно, будучи примером сильного искривления пространства-времени, «кротовая нора» содержит очень сильные гравитационные поля приливного типа, сжимающие или растягивающие любое тело конечных размеров. Расчёт показывает, что в «кротовых норах», в которых размеры горловины сравнимы с размерами человеческого тела или каких-то транспортных средств — скажем, несколько десятков метров, — возникают огромные перегрузки, несовместимые с жизнью. Чтобы силы, возникающие в области горловины, не слишком превышали обычную земную силу тяжести, надо, чтобы размеры такой горловины были как минимум порядка размеров земного шара.

— Есть ли какие-то эмпирические наблюдения, подтверждающие возможность существования «кротовых нор» во Вселенной?

— Есть теоретические оценки, сделанные по результатам наблюдений наиболее мощных процессов во Вселенной. В принципе, они допускают интерпретацию с участием «кротовых нор». Однако пока нет никаких однозначных указаний на существование таких тоннелей.

• Gettyimages.ru
• © Dawam Syah / 500px

— Существует гипотеза, что, помимо чёрных дыр, во Вселенной есть и белые — если чёрные дыры материя не может покинуть, то в белые не может попасть...

— Гипотеза существует по очень простой причине: уравнения ОТО (как и большинства теорий) симметричны относительно замены времени на минус время. Белая дыра — это чёрная дыра, обращённая в прошлое вместо будущего. Но если вполне понятно, как может образоваться чёрная дыра — за счёт катастрофического сжатия большого куска материи, то для белых дыр подобный механизм неизвестен, потому и неудивительно, что они не наблюдаются.

Также по теме

«Весь каскад работает идеально»: доктор наук Кекелидзе — о создании коллайдера NICA в Дубне

Каскад ускорителей коллайдера NICA собран и работает идеально — испытания завершились в марте этого года. Сейчас специалистам...

— «Кротовая нора» соединяет разные точки не только в пространстве, но и во времени, поскольку искривляется весь пространственно-временной континуум. Возможны ли в теории путешествия во времени? Противоречит ли идея создания машины времени базовым постулатам физики?

— Да, противоречит принципу причинности: причина должна предшествовать следствию во времени. Хотя написать соответствующие решения уравнений возможно, нужно понимать, что не всякое решение даже правильного уравнения описывает явления в реальном мире.

— Для окончательных ответов на все вопросы о «кротовых норах» в пространстве-времени наука должна сначала найти ответы на вопросы о квантовой природе гравитации? Что на сегодняшний день известно о ней, есть ли частицы — кандидаты на роль переносчиков гравитационного взаимодействия?

— На будущую квантовую теорию гравитации с гипотетическими гравитонами — переносчиками гравитационного взаимодействия — возлагается много надежд. Но, пожалуй, на все вопросы никогда не ответит ни одна теория. «Кротовые норы» — объект не обязательно квантовый, и новых сведений о них можно ожидать также и от классических теорий гравитации в сочетании с астрофизикой.

• Gettyimages.ru
• © Randy Faris

— Говорят, в естественной природе «кротовые норы» вряд ли существуют, хотя и возможны с точки зрения физики, а создать такие тоннели должен сам человек. Так ли это? Какие для этого нужны технологии?

— Если человечество научится управлять кривизной пространства-времени, не прибегая к использованию огромных масс типа планетарных или звёздных, то среди прочих пока немыслимых достижений можно ожидать и создания «кротовых нор».