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.
Что такое кротовые норы?
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
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.
Экзотическая материя и ее роль
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.
Современные исследования и подходы
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.
Проблемы и перспективы
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.
