Червоточина (кротова нора) — це спеціальне рішення рівнянь про з’єднання двох віддалених точок в просторі або часі через тунель. В ідеалі довжина цього тунелю коротша, ніж відстань між цими двома точками.
Хоча вони є основним продуктом наукової фантастики, червоточини, наскільки нам відомо, є лише гіпотетичними. Вони є законними рішеннями загальної теорії відносності, але вчені ніколи не знайшли способу підтримувати стабільну червоточину в реальному Всесвіті.
ХТО ВІДКРИВ ЧЕРВОТОЧИНИ?
Найпростіший з можливих варіантів розв’язання червоточини було відкрито Альбертом Ейнштейном і Натаном Розеном у 1935 році, тому червоточини іноді називають «мостами Ейнштейна-Розена». Ейнштейн і Розен почали з математичного рішення чорної діри, яка складається з сингулярності (точка нескінченної щільності) і горизонту подій (область, що оточує цю сингулярність, за межі якої ніщо не може вийти). Вони виявили, що вони можуть розширити це рішення, включивши в нього полярну протилежність чорних дір: білі діри.
Ці гіпотетичні білі діри також містять сингулярність, але вони діють у зворотному порядку до чорної діри: ніщо не може увійти в горизонт подій білої діри, і будь-який матеріал всередині білої діри негайно викидається.
Ейнштейн і Розен виявили, що теоретично кожна чорна діра поєднується з білою дірою. Оскільки дві діри існували б в окремих місцях у просторі, тунель — червоточина — з’єднав би два кінці.
ЩО РОБИТЬ ЧЕРВОТОЧИНУ ПРОХІДНОЮ
Щоб пройти через червоточину, цей тунель у просторі-часі повинен бути стабільним.
Однак червоточина, створена з пари чорних і білих дір, була б не дуже корисною. По-перше, білі діри були б нестабільними. Якби ви скинули частинку до горизонту подій білої діри, вона ніколи б не досягла горизонту подій, тому що ніщо не може увійти в білу діру. Таким чином, енергія системи продовжуватиме зростати до нескінченності, врешті-решт вибухаючи білу діру, за словами фізика з Університету Колорадо Ендрю Гамільтона.
По-друге, навіть якби білі діри могли існувати, єдиний спосіб потрапити в цей вид червоточини — це перетнути горизонт подій чорної діри з іншого боку. Але як тільки об’єкт перетнув горизонт подій, він ніколи не міг залишити. Тому предмети могли проникнути в червоточину, але ніколи не вирватися.
Нарешті, самі червоточини були б нестабільними. За даними Європейської південної обсерваторії, один фотон або частинка світла, що проходить через тунель у червоточину, внесе в систему стільки енергії, що тунель розірветься, знищивши червоточину.
Однак у 1970-х роках фізики розробили математику, необхідну для створення стабільної або «прохідної» червоточини, за словами фізика з Каліфорнійського університету Санта-Барбари Діандіана Ванга. Трюк полягає в тому, щоб перемістити вхід в тунель червоточини за горизонт подій чорної діри і стабілізувати сам тунель, щоб матерія, що проходить через нього, не викликала негайного катастрофічного колапсу.
Ключовим інгредієнтом для стабілізації червоточин є так звана екзотична речовина, або якась форма матерії, яка має негативну масу. На жаль для таких червоточин, вчені ніколи не знайшли доказів негативної маси, і це порушило б збереження імпульсу, яке стверджує, що імпульс повинен залишатися незмінним, якщо не застосовувати силу; об’єкт з негативною масою, розміщений поруч із об’єктом із додатною масою, негайно прискориться без джерела енергії.
ЯК ВИГЛЯДУТЬ ЧЕРВОТОЧИНИ?
Якби така червоточина існувала, це виглядало б дуже дивно. Вхід буде сферою, як поверхня планети. Якби ви зазирнули в нього, то побачили б світло, що надходить з іншого боку. Тунель через червоточину може бути будь-якої довжини, і під час подорожі по тунелю ви побачите спотворені уявлення про регіон Всесвіту, з якого ви прийшли, і регіон, куди ви подорожуваєте.
ЧЕРВОТОЧИНИ І ПОДОРОЖІ В ЧАСІ
Теоретично, червоточина також може діяти як машина часу. Спеціальна теорія відносності диктує, що рухомі годинники працюють повільно. Іншими словами, хтось, хто мчить навколо зі швидкістю світла, не просунеться у своє майбутнє так швидко, як той, хто стоїть на місці.
Якби вчені змогли якимось чином побудувати червоточину, спочатку обидва кінці були б синхронізовані в часі. Але якби один кінець потім прискорити майже до швидкості світла, цей кінець почав би відставати від іншого. За словами фізика з Массачусетського технологічного інституту Ендрю Фрідмана, два входи можна було б об’єднати, але тоді один з входів залишився б у минулому за іншим.
Щоб подорожувати назад у часі, потрібно просто пройти через один кінець. Коли ви виходите з червоточини, ви опинитесь у своєму минулому.
ЧИ УТВОРЮЮТЬСЯ НАСПРАВДІ ЧЕРВОТОЧИНИ?
Червоточини можуть виникати природним чином у мікроскопічних масштабах у квантовій піні.
Наразі не існує відомого способу побудови червоточини, вони є суто гіпотетичними. Хоча екзотична матерія навряд чи існує, може бути інший спосіб стабілізувати червоточини: негативна енергія.
Вакуум простору-часу заповнений квантовими полями, фундаментальними квантовими будівельними блоками, які породжують сили і частинки, які ми відчуваємо, і ці квантові поля мають власну кількість енергії. Можна побудувати сценарії, за яких квантова енергія в певному регіоні нижча, ніж його оточуючий, що робить цю енергію негативною на локальному рівні. Така негативна енергія існує в реальному світі у вигляді ефекту Казимира, в якому негативні квантові енергії між двома паралельними металевими пластинами змушують пластини притягуватися, за словами математика з Каліфорнійського університету, Джона Баеза.
Але ніхто не знає, чи можна використовувати цю негативну квантову енергію для стабілізації червоточини. Це може бути навіть не «правильним» типом негативної енергії, оскільки вона негативна лише щодо свого оточення, а не в абсолютній мірі.
Червоточини можуть виникати природним чином у мікроскопічних масштабах у квантовій піні, що викликає хвилювання простору-часу в найменших масштабах через ті самі квантові енергії. У цьому випадку червоточини можуть постійно з’являтися і зникати. Але знову ж таки, незрозуміло, як «збільшити» ці червоточини до розмірів, достатньо великих, щоб ви могли пройти, і підтримувати їх стабільність.