Специальная теория относительности, предложенная Альбертом Эйнштейном в 1905 году, стала «проклятием» для исследователей космоса, футуристов и авторов научной фантастики.
Для любого человека, мечтающего о том, что наш вид однажды станет межзвездным, данная теория является преградой, вставшей на пути прекрасной фантазии. Однако не все ученые желали мириться с основами, выдвигаемыми Эйнштейном и было предложено несколько теорий, которые предполагают путешествия со скоростью выше, чем скорость света.
Наиболее популярный пример — червоточина, представляющая собой некую структуру, связывающую две отдаленные в пространстве-времени точки, что позволило бы людям реализовывать межзвездные путешествия как бы превышая скорость света.
Недавно группа ученых из Лиги плюща (ассоциация из восьми частных американских университетов) провела исследование, которое привело их к выводу, что червоточины могут существовать на самом деле. Однако, как сказали авторы исследования, червоточина всегда «с подвохом» и предлагает не короткий путь из точки А в точку Б, а проведет путешественников по сложной, запутанной траектории, которая на самом деле окажется значительно длиннее, чем «путь напролом». Их исследование стало результатом работы ученого из Гарвардского университета, но обо всем по порядку.
Вернемся назад во времени
Первоначально идея существования червоточин была предложена в качестве возможного решения уравнений Общей теории относительности Эйнштейна (ОТО).
Вскоре после того, как в 1915 году Эйнштейн опубликовал ОТО, немецкий физик Карл Шварцшильд нашел одно из решений, которое предсказывало не только существование черных дыр, но и неких «коридоров», соединяющих их между собой.
Вроде бы замечательная новость и можно «нырять в одну черную дыру и вылетать в другой области Вселенной», но проблема у этого решения была в том, что червоточины появляются на очень короткий промежуток времени и разрушаются быстрее, чем кто-либо успел бы их пересечь. Однако червоточину можно стабилизировать, воспользовавшись экзотической материей, наделенной отрицательной энергией… только вот существует она лишь в теории.
Физик Дэниел Джафферис из Гарвардского университета придерживается другого мнения
В 2019 году на встрече сообщества физиков США он сказал следующее:
«Перспектива перемещения при помощи червоточин привлекает физиков давно. Я опишу свои размышления, которые будут полностью согласовываться с теорией гравитации и будут совместимы с понятием излучения. В моем примере нам не потребуется неведомая экзотическая материя. Итак, моя конфигурация включает в себя прямую взаимосвязь между обоими концами червоточины. Кроме того, я объясню как это согласуется с квантовой информацией в гравитации, с информационным парадоксом черной дыры и расскажу о его связи с квантовой телепортацией».
Еще немного вернемся назад
Для того чтобы сделать столь громкие заявления, Дэниел Джафферис изучил в деталях работу Альберта Эйнштейна и Натана Розена за 1935 год, труды Шварцшильда и многих других ученых, которые когда-либо искали решения для ОТО. Все они предполагали существование «мостов» между двумя отдаленными точками в пространстве (мосты Эйнштейна-Розена или позже «червоточины»), которые бы позволяли объектам и материи путешествовать по Вселенной.
В 2013 году основы этих теорий использовали физики Леонард Сасскинд и Хуан Малдасена в качестве наиболее подходящего решения для ОТО и проблемы «квантовой запутанности».
Эта теория, известная в мире физики, как ER = EPR (жаль, что материала в русскоязычной википедии нет, так что оставим ссылку на оригинал ТУТ), предполагает, что червоточины являются причиной того, что состояние элементарных частиц может «переплестись, спутаться» с состоянием частицы-партнера, и не так важно сколько миллиардов световых лет их разделяют.
Вернемся к встрече физиков
Проделав огромную работу, изучив множество трудов своих коллег, Дэниел Джафферис разработал свою теорию. Он утверждает, что червоточины существуют, и они регулярно пропускают через себя легчайшие частицы (иначе говоря, фотоны).
Для своего исследования Джафферис подключил Пинга Гао и Арон Уолла (аспирант Гарварда и научный сотрудник Стэнфордского университета, соответственно).
Ученые обнаружили, что в теории допустимо прохождение света через червоточину, но это не совсем тот космический путь, на который мы все так надеялись.
«Мы пришли к выводу, что червоточины существуют и они достаточно стабильны, но только прохождение через эти «коридоры» занимает значительно больше времени, чем движением по прямой. Эти объекты не представляют ценности для космических путешествий», — выступая на встрече сообщества физиков сказал Джафферис.
Пожалуй, это плохая новость для людей, которые мечтали о межзвездных и межгалактических путешествиях, но хорошая новость в том, что у нас появилось некое новое понимание квантовой механики.
«Реальный смысл этой работы заключается в том, что она напрямую связана с информационной проблемой черной дыры, гравитацией и квантовой механикой», — сказал Джафферис.
Проблема, о которой говорит ученый, известна в мире науки, как «информационный парадокс черных дыр» над которым астрофизики бьются с 1975 года, когда Стивен Хокинг заявил, что черные дыры наделены температурой и медленно испаряются (позже это явление назовут излучением Хокинга).
Парадокс же связан с тем, что черные дыры способны сохранять любую информацию и не занимаются ее уничтожением. Любое вещество, которое скопится в черной дыре, будет сжиматься до точки сингулярности, но квантовое состояние вещества во время сжатия сохранится благодаря эффекту замедления времени.
Черные дыры же со временем, вероятно, теряют массу и испаряются, а значит в конечном итоге будет утеряна и информация. Развивая теорию, которая допуская прохождение света через черную дыру, мы бы нашли решение этому парадоксу.
Вероятно, что излучение, наблюдаемое со стороны черной дыры, не является результатом испарения самой черной дыры. Из работы Джаффериса следует, что на самом деле испарение исходит из другой области пространства-времени и «коридоры» червоточин действительно существуют.
Этот необычный подход к сразу нескольким проблемам современной физики
Джафферис и его коллеги смогли найти ощутимую связь между гравитацией и квантовой механикой. Говоря иначе, они сделали шаг на встречу к «Теории всего». Джафферис использовал квантовую теорию поля, чтобы развить идею существования червоточин и описать возможность проходимости черных дыр. Именно он устранил необходимость в экзотических частицах и в некой отрицательной массе (в квантовой гравитации это просто не нужно).
«Мое исследование должно расшатать устои классической физики и заставить вас взглянуть за горизонт видимого мира. Нам придется много работать в этом направлении, пересмотреть гравитацию, квантовую гравитацию и даже переформулировать постулаты квантовой механики», — сказал Джафферис.
Да, скорее всего путешествовать быстрее скорости света не получится, но зато у нас могут появиться новые и более глубокие знания о Вселенной.
