Жоуао Роса, физик из Португалии, уже давно пытается виртуально «построить» стабильную проходимую червоточину, которую можно безопасно пересечь без обрушения теоретического прохода или захвата его обитателя. И недавно он обнаружил, что это действительно возможно, но только в случае изменения общепринятой физики гравитации.
Червоточины обманчиво легко построить — на бумаге — используя понятие гравитации. В общей теории относительности Эйнштейна гравитация определяет отношения между материей и энергией, пространством и временем. Уловка для создания кротовой норы состоит в том, чтобы найти такую конфигурацию материи и энергии, которая позволит сформировать туннель (обычно называемый "горлом" исследователями кротовых нор), который соединит две удаленные точки в космосе.
Такое горло может иметь произвольную длину, но наибольшую пользу будут иметь, разумеется, те кротовые норы, которые существенно сокращают естественное расстояние между двумя точками (то есть длина горла значительно меньше длины между этими точками). А ещё кротовые норы могут служить временными порталами — в зависимости от того, как они были созданы.
Идея подобного мгновенного перемещения захватывала воображение ученых и писателей-фантастов на протяжении десятилетий.
Однако кротовые норы, построенные на основе критериев, установленных общей теорией относительности, страдают от серьезной проблемы: они практически непроходимы. Входы в червоточины скрыты за горизонтами событий, которые являются односторонними барьерами в космосе. Это означает, что если вы войдете в червоточину, то уже оттуда нне выйдете.
Другая проблема заключается в том, что они очень нестабильны. В тот момент, когда даже одиночный фотон или легкая частица попадает в туннель, вся червоточина разрушается, прежде чем частица света успевает уйти.
Чтобы решить эти проблемы в общей теории относительности и стабилизировать червоточину, космический путешественник должен вылепить кротовую нору из невероятно экзотического ингредиента — формы материи, имеющей отрицательную массу.
Отрицательная масса (также известная как экзотическая материя) — это тип экзотической материи в теоретической физике, масса которой имеет противоположный знак по отношению к массе нормальной материи, например, − 1 кг. Пока ученые не наблюдали отрицательной массы нигде во Вселенной. Отрицательная энергия же более легкодостижима, просто являясь обстоятельством, при котором энергия в определённом месте отрицательна по отношению к окружающей среде, но этого можно достичь только на микроскопическом, квантовом уровнях.
"Эти гравитационные эффекты, необходимые для гарантии проходимости кротовых нор, произойдут естественным путём, если изменить гравитацию" — Жоуао Роса
"Присутствие этой материи необходимо, так как оно предотвращает червоточину от схлопывания в путешественника, но это также и проблематично, объясняет Роса, оно представляет отрицательную среднюю энергетическую плотность, крайне редкую характеристику материи во вселенной, наблюдаемую только в частных случаях на квантовом уровне."
Поскольку такая материя настолько редка, создание целой кротовой норы из экзотической материи в нашей Вселенной кажется невозможным.
Но все эти проблемы с червоточинами основываются на общей теории относительности. И хотя эта теория гравитации выдержала все проверки за последнее столетие, ученые говорят, что общая теория относительности — не последнее слово о гравитации. Теория неспособна описать центры черных дыр, самые ранние моменты существования Вселенной, а также свою связь с квантовой физикой.
Возможно, новая улучшенная теория гравитации не только объяснит все вышеперечисленное, но и позволит существовать червоточинам.
Именно этим вопросом и задался Роса в своей новой статье, опубликованной в препринте научного журнала arXiv. Роса использовал измененную формулу гравитации, называемую гибридная метрическая-Палатини f(R)-гравитация. Эта теория гравитации основана на общей теории относительности, но допускает большую гибкость в отношении между материей и энергией, а также пространством и временем.
Более ранние исследования показали, что проходимые червоточины могут существовать в этой модифицированной теории гравитации, но они по-прежнему требовали наличия отрицательной энергии.
Но Роса обнаружил, что если стены туннеля устлать двойными оболочками из обычного вещества, червоточина станет проходимой без использования какой-либо отрицательной энергии.
"Таким образом, необходимые гравитационные эффекты для проходимости червоточины, возникают естественным путем, если кто-то модифицирует гравитацию. Экзотическая материя с отрицательной массой становится не нужна для этой цели", – говорит Роса.
Ученый не собирается останавливаться на одной лишь теории, а хочет проверить свои выводы.
"Теперь нужно использовать экспериментальные данные и наблюдения (например, гравитационные волны и траектории звезд в центре Млечного Пути), чтобы проверить и подтвердить теорию", – подытожил ученый.
Результаты исследования опубликованы в препринте репозитория arXiv, и пока не рецензированы.
Источники :
