Червоточины

Если персонажи научно-фантастических произведений путешествуют по Вселенной или между мирами быстро, причина кротовая нора

О чем вы думаете, когда смотрите в ночное небо? За пределами всех видимых с нашей планеты звезд скрывается бесконечная, полная тайн Вселенная. Всего несколько лет назад ученым удалось доказать существование черных дыр объектов в пространстве-времени, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не может даже свет. Последующее открытие гравитационных волн и вовсе положило начало новой области астрофизики астрономии гравитационных волн. Но что на счет червоточин особенностей пространства-времени, представляющих собой в каждый момент времени «туннель» в пространстве? Несмотря на то, что кротовые норы согласуются с Общей теорией относительности Эйнштейна, существуют они или нет сегодня неизвестно. Между тем, если эти объекты реальны, они могли бы значительно облегчить космические путешествия. Более того, благодаря червоточинам человечество могло бы проложить путь к самым отдаленным уголкам Вселенной. Это верно в буквальном смысле, поскольку теоретические объекты могут соединять отдаленные уголки космоса (или даже разные вселенные), позволяя путешественнику отправиться куда-то сразу, не посещая пространство между ними.

Термин "червоточина" был введен в 1957 году американским физиком Джоном Уилером. Он назвал их в честь буквальных отверстий, которые черви оставляют в плодах и древесине. До этого их называли одномерными трубами и мостиками.

Сквозь кротовую нору

С тех пор как Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности, у нас появился математический язык для описания и представления этих фантастических структур. Тогда, однако, ученые называли их «одномерными трубами» и просто «мостами» фактически, термин «мост ЭйнштейнаРозена» все еще используется, местами заменяя термин «червоточина» (Натан Розен — израильский физик).

Представьте себе червя, прогрызающего себе путь через яблоко или кусок дерева? Образовавшийся в результате туннель, соединяющий одну часть поверхности с другой, более удаленной частью, является идеальной метафорой для чего-то, что может соединять отдаленные места во Вселенной. И поскольку Эйнштейн показал, что пространство и время фундаментально взаимосвязаны, путешествие через червоточину может не только привести нас в другое далекое место, но и послужить кратчайшим путем в другое время.

Червоточины это своего рода туннели в пространстве-времени

Читайте также: Ученые нашли способ обнаружить червоточины

Неудивительно, что идея червоточен так популярна в научной фантастике. В реальной жизни ничто не способно превысить скорость света. Это означает, что солнечному свету требуется более 5 часов, чтобы добраться до Плутона и годы, чтобы достичь других звездных систем. А в научно-фантастических книгах и фильмах герои редко тратят столько времени на перемещение по космосу. Таким образом, червоточины это идеальный способ обойти ограничение скорости Эйнштейна и заставить героев и злодеев путешествовать по галактике в разумные сроки. Кроме того, они позволяют элементу путешествия во времени войти в сюжетную линию, не нарушая никаких законов физики. Но могут ли реальные люди также воспользоваться преимуществами червоточин?

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области астрофизики и космологии, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи которых нет на сайте

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 работа 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.

Вам будет интересно: Червоточины могут соединять черные дыры в разных вселенных

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.

Может ли рябь в пространстве-времени указывать на червоточины? Физики предполагают, что такие туннели в ткани пространства могут проявляться с помощью необычных гравитационных волн

Пространство-время, как мы знаем сегодня, представляет собой физическую модель, которая дополняет пространство равноправным временным измерением. Благодаря этой модели была создана теоретически-физическая конструкция, которая получила название пространственно-временной континуум. Важно отметить, что до Общей теории относительности Эйнштейна, понимание фундаментальных законов физики было неполным, но публикация ОТО в 1905 году оставила немало вопросов, одним из которых являлись черные дыры и червоточины «туннеле» в пространстве-времени, соединяющим различные точки пространства-времени. И если существование черных дыр удалось доказать несколько лет назад, то с кротовыми норами все не так однозначно они принадлежат к гипотетически существующим объектам. Но некоторые ученые считают, что скоро мы тоже сможем их найти. Так, за последние несколько месяцев было опубликовано сразу несколько научных исследований, которые предлагают новые, интригующие способы поиска этих космических объектов.

Интересный факт
Ученые сообщают, что черная дыра, вращающаяся вокруг червоточины, будет излучать особый рисунок гравитационных волн уникальный для червоточин.

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.

Больше по теме: Что такое гравитационные волны. Когда и как их открыли

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.

Странности Вселенной

Итак, планеты вращаются вокруг Солнца, потому что оно создает форму чаши в ткани пространства. (Проще всего представить планеты в виде шариков, которые кружат вокруг и внутри этой чащи). Черные дыры, в свою очередь, искривляют пространство-время в пропасти настолько глубокие, что ничто не может покинуть их. Но пространство-время может также изгибаться в другие странные формы, например в туннели.

Червоточина, показанная здесь, представляет собой туннель в пространстве-времени, соединяющий различные части Вселенной.

Эти туннели или червоточины, могли бы обеспечить кратчайший путь между двумя удаленными местами в пространстве и времени или между двумя разными вселенными. Пространство-время может искривляться, но оно также может колебаться. Эти волны называются гравитационными и могут указывать на червоточины.

Еще больше интересных статей о черных дырах, параллельных вселенных и путешествия сквозь пространство-время читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Гравитационные волны, черные дыры и червоточины

Исследователи полагают, что черная дыра, закручивающаяся по спирали в червоточину, должна создавать странный узор ряби в пространстве-времени. И при наличии правильных инструментов некоторые обсерватории могли бы их обнаружить.

Вход и выход из кротовый норы, скорее всего, выглядит так.

К такому выводу пришли физики в работе, опубликованной в середине лета на сервере препринтов arXiv.org. Волны от пары черная дыра-червоточина будут мигать и включаться, когда черная дыра пройдет через червоточину, а затем снова выйдет. Но на сегодняшний день никаких свидетельств существования этих объектов не существует.

Кротовые норы, безусловно, спекулятивные, с большой буквы «С», — говорит Уильям Габелла. Он физик из Университета Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннесси. Однако, если червоточины действительно существуют, у исследователей должен быть шанс их обнаружить. Для этого просто потребовались бы правильные условия и детектор гравитационных волн.

Путешествие черной дыры сквозь червоточину

Как пишет Live Science, команда Габелла рассматривала черную дыру с массой, в пять раз превышающей массу Солнца. Они представили, что черная дыра вращается вокруг червоточины на расстоянии около 1,6 миллиарда световых лет от Земли. По их расчетам, когда черная дыра вращается вокруг червоточины, она должна начать вращаться по спирали внутрь, высвободив гравитационные волны.

Причем сначала они выглядели бы точно так же, как гравитационные волны от двух черных дыр. Структура волн, которую некоторые физики называют чириканьем, со временем будет увеличиваться по частоте. Но достигнув центра червоточины, или «горлышка», черная дыра пройдет через него.

Это интересно: Время эластично: почему на вершине горы время идет быстрее, чем на пляже?

Мост Эйнштейна-Розена в представлении художника.

Затем исследователи рассмотрели, что произойдет, если черная дыра возникнет в отдаленном месте. Например, в другой вселенной. В этом случае гравитационные волны в первой вселенной внезапно прекратились бы, а во второй вселенной черная дыра «выстрелила» бы наружу, прежде чем снова закрутиться по спирали. Затем она должна пройти весь путь обратно через червоточину и снова попасть в первую вселенную.

Когда черная дыра вернется, она сначала будет по спирали выходить из червоточины. Это может вызвать анти-чириканье картину гравитационных волн, противоположных чириканью, прежде чем снова погрузиться в это состояние, пишут авторы научной работы.

Читайте также: Что такое четырехмерное пространство?

Со временем черная дыра будет продолжать прыгать между двумя вселенными, что должно вызвать повторные всплески гравитационных волн. Но между ними были бы периоды молчания как только черная дыра потеряет достаточно энергии для создания гравитационных волн, ее путешествие закончится и она осядет в горлышке червоточины.

Последние комментарии